Atividade citotóxica de Piper nigrum e Struthanthus marginatus

UFRRJ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
QUÍMICA ORGÂNICA
DISSERTAÇÃO
Atividade citotóxica de Piper nigrum e
Struthanthus marginatus. Estudo preliminar da
correlação entre a citotoxicidade e hidrofobicidade
da piperina e derivados sintéticos
Kenia Pissinate
2006
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
ORGÂNICA
Atividade citotóxica de Piper nigrum e Struthanthus marginatus.
Estudo preliminar da correlação entre a citotoxicidade e hidrofobicidade da
piperina e derivados sintéticos
KENIA PISSINATE
Sob a Orientação da Professora
Aurea Echevarria
e Co-orientação do Professor
Marco Edilson Freire de Lima
Dissertação submetida como
requisito parcial para obtenção do
grau de Mestre em Ciências, no
Curso de Pós-Graduação em
Química Orgânica, Área de
Concentração
em
Química
Medicinal
Seropédica, RJ
Fevereiro de 2006
ii
Pissinate, Kenia, 1979Atividade citotóxica de Piper nigrum e Struthanthus marginatus.
Estudo preliminar da correlação entre a citotoxicidade e hidrofobicidade da
piperina e derivados sintéticos/ Kenia Pissinate. - 2006.
93 f. : grafs., tabs.
Orientador: Aurea Echevarria.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro,
Instituto de Ciências Exatas.
Bibliografia: f. 86-93.
iii
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA ORGÂNICA
KENIA PISSINATE
Dissertação submetida como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em
Ciências, no Curso de Pós-Graduação em Química Orgânica, área de Concentração em
Química Medicinal.
DISSERTAÇÃO APROVADA EM -----/-----/------
Dra. Aurea Echevarria. DEQUIM-UFRRJ
(Orientadora)
Dr. Marco Edilson Freire de Lima. DEQUIM-UFRRJ
(Co-orientador)
Dr. Célio Geraldo Freire de Lima. IBCCS-UFRJ
Dr. José Daniel Figueroa Villar. IME-RJ
Dra. Helena Regina Pinto Lima. IB-UFRRJ.
(Suplente)
iv
Aos meus pais
Maria da Glória Modenese Pissinate e
Orlando Domingos Pissinate
Dedico com amor
v
À profa. Dra. Áurea Echevarria com carinho, respeito e admiração, pelas oportunidades
oferecidas, amizade, paciência e, principalmente, pelos conhecimentos adquiridos, sobretudo
quanto aos atos de humanidade e compreensão.
Meu eterno agradecimento.
vi
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais pela confiança e acalento ao longo dos meus desafios, principalmente
durante este momento.
Ao meu bem pelo carinho e compreensão ao longo da realização deste trabalho.
Aos meus grandes amigos e companheiros de profundas reflexões Alexandre, Ari e
Heloísa pelo carinho no desalento, pelos pensamentos lúdicos e sinceros que suavizaram meu
caminho.
Ao professor Dr. Marco Edilson Freire de Lima pela colaboração com os compostos
usados neste trabalho, pela amizade, oportunidade, incentivo e, principalmente pelos
conhecimentos adquiridos.
Ao professor Dr. Célio G. Freire de Lima pelas oportunidades e colaboração prestada
na execução dos ensaios para a averiguação do tipo de morte celular e, principalmente pelo
carinho com que sempre fui recebida.
Ao Alexandre G. Christo, Dra Rejan R Guedes-Bruni e a Dra. Regina Helena P.
Andreata pela colaboração na identificação da espécie.
Aos professores da pós-graduação.
Aos amigos do laboratório 22 e 29: Myrtes, Cláudio, Amanda, Dílson, Ana Paula,
Amanda, Silvana pela amizade e solidariedade nos momentos bons e ruins ao longo deste
trabalho.
A Andressa Esteves de Souza pela paciência e tolerância nos dias difíceis.
Aos colegas da pós-graduação em especial ao Cleber, Andréia Rosane, Regina,
Eliete, Rodney, Welinson, Catarina, Anivaldo, Mario Sérgio, Luciano, Marli e Virgínea
pela amizade.
Aos amigos do Laboratório de Biologia Imunitária do Instituto de Biofísica da UFRJ
pelo companherismo, receptividade, em especial a Roberta, Fabrício, Suzana, Landi,
Alessandra, Marise, Ana, Carla, Flávia, Tatiana, Juliana e Lindomar pela amizade e ajuda
nos momentos difíceis.
Ao Dr Kildare Miranda pela realização das fotografias de microscopia eletrônica e a
Dra. Cristina Takiha pela colaboração e confecção das lâminas colorimétricas.
Aos funcionários da química pelo apoio na realização desta pesquisa.
Aos companheiros do alojamento da pós-graduação em especial ao José Dias, Nilza,
Adailde, Fabiana, Caroline, Mariella e Elisangela, pela amizade, apoio e descontração.
vii
Aos amigos que indiretamente compartilharam comigo este momento, contribuindo
para meu otimismo, perseverança, perspicácia e sensatez.
Ao CNPq pelo financiamento.
Ao DPPG- Química Orgânica e a Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
pela oportunidade oferecida.
Meus sinceros agradecimentos.
viii
RESUMO
PISSINATE, Kenia. Atividade citotóxica de Piper nigrum e Struthanthus
marginatus. Estudo preliminar da correlação entre a citotoxicidade e hidrofobicidade da
piperina e derivados sintéticos. 2006. 128p Dissertação (Mestrado em Química Orgânica,
Química Medicinal). Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Química, Universidade
Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2006.
Neste trabalho foi realizado o estudo químico e biológico de duas plantas. Dos frutos
da espécie Piper nigrum, conhecida como pimenta do reino, de grande importância
econômica, ecológica e farmacêutica, foi preparado o extrato etanólico, do qual se obtem a
piperina, amida majoritária e protótipo para a síntese de análogos e derivados sintéticos. O
extrato, a piperina, análogos e derivados foi avaliado, quantitativamente, frente ao carcinoma
ascítico de Ehrlich (EAC) quanto a suas propriedades citotóxicas. Obteve-se um valor
inibitório da viabilidade celular do EAC em aproximadamente 49 % para o extrato bruto de P.
nigrum, a uma concentração de 25µg/ml, enquanto que o valor do IC50 da piperina foi igual a
108,23µM, menos citotóxica que alguns dos seus análogos e derivados ensaiados. Também
foram analisados os possíveis mecanismos de morte celular induzido pela piperina, derivados
e análogos, através da expressão de fosfatidilserina e da desidrogenase láctica. O estudo da
atividade citotóxica destes compostos foi correlacionado com os seus respectivos parâmetros
hidrofóbicos: a refratividade molar (RMw) e os valores calculados teóricos do coeficiente de
partição P (ClogP). A outra planta analisada foi a espécie Struthanthus marginatus, uma erva
de pasarinho da região tropical, pouco estudada em relação a Visco album, planta muita
conhecida e estudada na Europa devido a sua propriedades farmacológicas, principalmente
sua ação antitumoral. Com esta planta foram elaborados estudos de prospecção química dos
extratos hidroalcóolicos das folhas, caules e haustórios nos quais puderam ser detectadas
qualitativamente diferentes classes de metabólitos especiais, como taninos, flavonóides e
alcalóides, em diferentes intensidades. A avaliação da atividade citotóxica desta erva de
passarinho, foi realizada a partir das frações obtidas de diferentes polaridades.
Palavras chave: Piperina, Struthanthus marginatus, hidrofobicidade, Ehrlich,
carcinoma, citotoxicidade.
ix
ABSTRACT
PISSINATE, Kenia. Cytotoxic activity of Piper nigrum and Struthanthus
marginatus. A preliminary study of the correlation between the cytoxicity and
hydrophobicity of piperine and its synthetic derivatives. 2006. 109p. Dissertation (Master
Science in Organic Chemistry, Medicinal Chemistry) Instituto de Ciências Exatas,
Departamento de Química, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ,
2006.
Chemical and biological studies of two plants were realized. The species Piper
nigrum, commonly knowed as black pepper, is of great economic, ecological and
pharmaceutic importance. Piperine, amide majority and prototype for the synthesis of
analogous derivatives was obtained from the ethanolic extract of dried black pepper seeds.
Cytotoxic proprieties of the extract, piperine, its analogous and derivatives were quantitavely
evaluated against Ehrlich ascites carcinoma (EAC). The inhibitory value for cell viability of
the EAC was approximately 49% for extract concentration of 25µg/ml. Piperine was less
cytotoxic than its analogous and derivatives and its IC50 value was 108.23µM. Possible
mechanisms for celular death induced by piperine, analogous and derivatives were analysed
through expression of phosphatidylserine and of the lactate dehydrogenase. The cytotoxic
activity of the above mentioned compounds were correlated with their hydrophobic
parameters: molar refractivity (RMw) and theoretical partition coefficient (ClogP) values. The
other plant analysed was Struthanthus marginatus, tropical mistletoe specie, less studied than
Visco album, a very known and studied plant in Europe, due to its pharmaceutical properties
and antitumoral activity. Chemical screening of hydro-alcoholic extracts of leaves, stem and
haustorius of this plant were realized. Different classes of special metabolites such as tannins,
flavonoids and alkaloids were detected in different intensities. The cytotoxic evaluation of this
mistletoe was realized in fractions of different polarities.
Key words: Piperine, Struthanthus marginatus, hydrophobicity, Ehrlich, cytotoxicity.
x
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS
% inib.
ADN
ATP
Caq
CCF
ClogP
Coc
dp
EAC
F1-AcOEt
F2-AcOEt
F-CH2Cl2
F-MeOH
LDH
logP
MDR
ml
MTT
n
nm
o
C
P
PS
QSAR
r
r2
Rf
RM
RMw
rpm
SAR
vol
µg
µl
µM
percentagem de inibição
ácido desoxirubonucleico
trifosfoto de adenosina
concentração na fase aquosa
cromatografia em camada fina;
logarítimo do coeficiente de partição obitido teoricamente
concentração na fase orgânica (octanol);
desvio padrão;
carcinoma ascítico de Ehrlich;
primeira fração em acetato de etila
segunda fração em acetate de etila
fração em diclorometano
fração em metanol
desidrogenase láctica;
logaritmo do valor do coeficiente de partição;
resistência à multiplas drogas
mililitro
brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil-tetrazólio
número de pontos;
nanômetro
graus Celcius
coeficiente de partição
fosfatidilserina
relação quantitativa entre a estrutura e a atividade
coeficiente de correlação;
coeficiente de reta global;
fator de retenção
refratividade molar
refratividade molar em 100% de fase aquosa
rotação por minuto
relação entre a estrutura e a atividade
volume
micrograma
microlitro
micromolar
xi
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA 1. DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA DAS ESPÉCIES DE PIPER NOS
ESTADOS BRASILEIROS E AS PRINCIPAIS INDICAÇÕES NA MEDICINA
POPULAR. .........................................................................................................................9
TABELA 2. DISTRIBUIÇÃO DE PIPERINA NAS FOLHAS, CAULES E FRUTOS
DA ESPÉCIE PIPER NIGRUM. ......................................................................................19
TABELA 3. CITOTOXICIDADE DA PIPERINA EM CULTURAS DE CÉLULAS DE
L292, DLA E EAC. ..........................................................................................................23
TABELA 4. EXTRATOS HIDROALCÓOLICOS OBTIDOS DOS HAUSTÓRIOS,
CAULE E FOLHAS DE STRUTHANTHUS MARGINATUS. .........................................49
TABELA 5. VALORES MÉDIOS DE RF DETERMINADOS PARA A PIPERINA E
SEUS DERIVADOS. .......................................................................................................53
TABELA 6. VALORES DE IC50 (µM) DA PIPERINA, ANÁLOGOS E DERIVADOS
SINTÉTICOS. ..................................................................................................................60
TABELA 7. VALORES DA % DE LIBERAÇÃO ESPECÍFICA DE LDH DAS
CÉLULAS EAC FRENTE À PIPERINA, ANÁLOGOS E DERIVADOS E, SUAS
RESPECTIVAS CONCENTRAÇÕES. ...........................................................................70
TABELA 8. VALORES DOS COEFICIENTES DE PARTICIPAÇÃO TEÓRICOS
(CLOGP) DA PIPERINA, SEUS DERIVADOS E ANÁLOGOS. .................................73
TABELA 9. VALORES DE RM DETERMINADOS PARA A PIPERINA, SEUS
DERIVADOS E ANÁLOGOS SINTÉTICOS.................................................................75
TABELA 10. VALORES DE RMW DETERMINADOS PARA A PIPERINA, SEUS
DERIVADOS E ANÁLOGOS SINTÉTICOS.................................................................76
TABELA 11. RESULTADOS DA TRIAGEM DOS PRINCIPAIS METABÓLITOS
ESPECIAIS NA ESPÉCIE STRUTHANTHUS MARGINATUS. .....................................83
TABELA 12. ATIVIDADE CITOTÓXICA DAS FRAÇÕES DE STRUTHANTHUS
MARGINATUS FRENTE ÀS CÉLULAS DO CARCINOMA DE EHRLICH. ..............85
xii
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. ESTRUTURAS DOS COMPOSTOS ISOLADOS DAS PLANTAS
MEDICINAIS.............................................................................................................................4
FIGURA 2. PRINCIPAIS CLASSES DE METABÓLITOS ESPECIAIS, MAJORITÁRIOS,
CITANDO ALGUNS EXEMPLOS PRESENTES NO GÊNERO PIPER. AMIDAS:
PIPERINA (1) E CEFARADIONA A (2); PROPENILFENÓIS: SAFROL (3) E EUGENOL
(4); LIGNANAS: SESAMINA (5); NEOLIGANANAS: KADSURINA A (6); TERPENOS:
TRANSFITOL (7) E TERPINOLENA (9); KAVAPIRONAS: METISTICINA (8);
DIHIDROCHALCONAS: ASEBOGENINA (10); FLAVONA: 7,4’-DIMETIOXI-5,3’DIHIDROXIFLAVONA (11); OUTROS: DOPAMINA (12)..................................................12
FIGURA 3. ESTRUTURA DAS NOVAS CICLOPENTENEDIONAS (13), (14) E (15), E
DA COUMARINA (16) ISOLADAS DE P. CARNICONNECTIVUM...................................13
FIGURA 4. ESPÉCIE PIPER NIGRUM. ................................................................................14
FIGURA 5. GRÃOS DE PIMENTA DO REINO SECOS: VERDES (1), PRETOS (2) E
BRANCOS (3). GRÃOS DE PIMENTA DO REINO DE CONSERVA: VERDES (4) E
VERMELHOS (5). ...................................................................................................................16
FIGURA 6. ESTRUTURAS DE ALGUMAS AMIDAS/ALCALÓIDES ISOLADAS DE P.
NIGRUM...................................................................................................................................17
FIGURA 7. PIPERINA E SUAS TRÊS FORMAS ISOMÉRICAS. ......................................18
FIGURA 8. DISTRIBUIÇÃO BIOGEOGRÁFICA DA FAMÍLIA LORANTHACEAE......25
FIGURA 9. ESTRUTURA DOS METABÓLITOS ESPECIAIS ISOLADOS DA ESPÉCIE
SCURRULA ATROPURPUREA...............................................................................................26
FIGURA 10. ESTRUTURA DA QUERCETINA (45), 4´´-O-ACETILQUERCITRINA (46),
CATEQUIN-4-β-OL (47) E PERSEITOL (48) ISOLADOS DE LIGARIA CUNIFOLIA. .....27
FIGURA 11. STRUTHANTHUS MARGINATUS. ...................................................................31
FIGURA 12. HAUSTÓRIOS, RAÍZES MODIFICADAS DAS PLANTAS DO GÊNERO
STRUTHANTHUS. ...................................................................................................................32
FIGURA 13. ESTRUTURAS DOS METABÓLITOS ESPECIAIS OBTIDOS DO ESTUDO
DAS PLANTAS MEDICINAIS...............................................................................................35
FIGURA 14. ALGUMAS ESTRUTURAS DOS ALCALÓIDES ISOLADOS DAS
PLANTAS MEDICINAIS, DERIVADOS SEMI-SINTÉTICOS E ALGUNS ANÁLOGOS.38
FIGURA 15. PIPERINA, DERIVADOS E ANÁLOGOS......................................................46
FIGURA 16. DETERMINAÇÃO DOS VALORES DE RF....................................................52
FIGURA 17. PIPERINA 1 E SEUS ANÁLOGOS DE MODIFICAÇÃO ESTRUTURAL...57
FIGURA 18. ESTRUTURA DAS AMIDAS ALCALÓIDAIS SINTETIZADAS A PARTIR
DO EUGENOL E DO SAFROL. .............................................................................................58
FIGURA 19. REDUÇÃO DO SAL TETRAZÓLIO (MTT) À FORMAZANA. ...................60
FIGURA 20. SUB-POPULAÇÕES DE CÉLULAS DO EAC OBSERVADAS NO
CITÔMETRO DE FLUXO APÓS 24H DO ENSAIO DE CITOTOXICIDADE. ..................63
FIGURA 21. EXPRESSÃO DA ANEXINA V NA SUB-POPULAÇÃO A DE CÉLULAS
DO EAC APÓS 24H DO ENSAIO DE CITOTOXIDADE. ...................................................65
xiii
FIGURA 22. EXPRESSÃO DA ANEXINA V NA SUB-POPULAÇÃO B DE CÉLULAS
DO EAC APÓS 24H DO ENSAIO DE CITOTOXIDADE. ...................................................68
FIGURA 23. EXPRESSÃO DA ANEXINA V NO CONJUNTO ENVOLVENDO AMBAS
SUB-POPULAÇÕES DE CÉLULAS DO EAC APÓS 24H DO ENSAIO DE
CITOTOXIDADE. ...................................................................................................................69
FIGURA 24. ANÁLISE DA EXPRESSÃO DE ANEXINA V E LDH DAS CÉLULAS DO
EAC FRENTE ÀS MÁXIMAS CONCENTRAÇÕES DAS AMIDAS ALCALOIDÁIS. AS
BARRAS INDICAM AS PERCENTAGENS: DA SUB-POPULAÇÃO A (A), DA SUBPOPULAÇÃO B (B) E DO CONJUNTO DE SUB-POPULAÇÕES, A E B, (C) DE
CÉLULAS MARCADAS COM ANEXINA V, DETECTADAS NO CITÔMETRO DE
FLUXO E; DE LIBERAÇÃO ESPECÍFICA DE LDH. ESTES ENSAIOS FORAM
REALIZADOS EM CULTURAS INDEPENDENTES, APÓS 24 H. ....................................71
FIGURA 25. CORRELAÇÃO ENTRE O RMW E O CLOGPTEÓRICO PARA TODOS OS
COMPOSTOS ANALISADOS................................................................................................78
FIGURA 26. CORRELAÇÃO ENTRE O RMW E O CLOGP TEÓRICO DOS COMPOSTOS
ANALISADOS, COM EXCEÇÃO DOS 53, 54¸E 56.............................................................79
FIGURA 27. GRÁFICOS A E B REPRESENTANDO A CORRELAÇÃO ENTRE OS
VALORES DE IC50 COM OS PARÂMETROS HIDROFÓBICOS CLOGP E RMW,
RESPECTIVAMENTE. ...........................................................................................................80
FIGURA 28. GRÁFICOS A E B REPRESENTANDO A CORRELAÇÃO ENTRE OS
VALORES DE IC50 COM OS PARÂMETROS HIDROFÓBICOS CLOGP E RMW,
RESPECTIVAMENTE, DOS COMPOSTOS 1, 49, 53, 55, 56, 57 E 58................................80
FIGURA 29. GRÁFICO REPRESENTANDO A CORRELAÇÃO ENTRE OS VALORES
DE IC50 COM O PARÂMETROS HIDROFÓBICO CLOGP, ENVOLVENDO 1, 50, 51, 52,
54 E 55......................................................................................................................................81
xiv
ÍNDICE DE ESQUEMAS
ESQUEMA 1. FORMAÇÃO DA PIPERIDINA. ...........................................................19
ESQUEMA 2. ROTA BIOSSINTÉTICA DA PIPERINA. ............................................20
ESQUEMA 3. FORMAÇÃO DO CÂNCER E DESENVOLVIMENTO DE
METÁSTASE...................................................................................................................39
ESQUEMA 4. OBTENÇÃO DAS FRAÇÕES DO EXTRATO DE S. MARGINATUS
PARA ENSAIOS BIOLÓGICOS. ...................................................................................50
ESQUEMA 5. DETERMINAÇÃO DA DESIDROGENASE LÁCTICA......................55
xv
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................1
1.1 Importância do Estudo das Plantas Medicinais ..............................................................2
1.2 A Família Piperaceae .........................................................................................................6
1.2.1 O gênero Piper ..............................................................................................................7
1.2.2 A espécie Piper nigrum L............................................................................................14
1.3 A Família Loranthaceae...................................................................................................24
1.3.1 O gênero Struthanthus .................................................................................................30
1.3.2 A espécie Struthanthus marginatus.............................................................................31
1.4 As Plantas Medicinais na Quimioterapia do Câncer ....................................................33
1.4.2 Os alcalóides na quimioterapia do câncer ...................................................................36
1.4.1 O câncer.......................................................................................................................39
2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVO ..............................................................................42
3 PARTE EXPERIMENTAL ......................................................................................44
3.1 Equipamentos ...................................................................................................................44
3.1.1 Preparação dos extratos ...............................................................................................44
3.1.2 Ensaios biológicos .......................................................................................................44
3.2 Reagentes e Solventes .......................................................................................................45
3.2.1 Preparação dos reagentes específicos para triagem
fitoquímica............................................................................................................................45
3.2.2 A piperina, análogos e derivados.................................................................................46
3.2.3 Cromatografia em camada fina e de coluna
filtrante .................................................................................................................................47
3.2.4 Ensaios biológicos .......................................................................................................47
3.3 Material Vegetal ...............................................................................................................47
3.3.1 Obtenção do extrato de Piper nigrum (Piperaceae).....................................................47
3.3.2 Obtenção dos extratos de Struthanthus marginatus
(Loranthaceae) ......................................................................................................................47
3.4 Separação Cromatográfica ..............................................................................................49
3.5 Triagem Fitoquímica........................................................................................................51
3.6 Determinação dos Parâmetros Hidrofóbicos .................................................................51
xvi
3.6.1 Método cromatográfico ...............................................................................................51
3.6.2 Clog P ..........................................................................................................................53
3.7 Ensaios Biológicos.............................................................................................................54
3.7.2 Determinação da atividade citotóxica..........................................................................54
3.7.3 Ensaio em citômetro de fluxo......................................................................................54
3.7.4 Ensaio com a desidrogenase láctica (LDH).................................................................55
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................57
4.1 Estudo da Espécie Piper nigrum, Piperina,
Análogos e Derivados .............................................................................................................57
4.1.1 Atividade biológica .....................................................................................................59
4.1.2 Estudo dos parâmetros hidrofóbicos ...........................................................................72
4.1.3 Estudo das correlações entre a hidrofobicidade
versus a atividade biológica..................................................................................................79
4.2 Estudo dos Extratos Obtidos da Espécie
Struthanthus marginatus ........................................................................................................82
4.2.1 Ensaio de quimioprospecção .......................................................................................82
4.2.2 Obtenção e estudo das atividades citotóxica das
frações de S. marginathus.....................................................................................................84
5 CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS ........................................................................86
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................87
xvii
1 INTRODUÇÃO
O uso dos produtos naturais, especialmente os derivados das plantas medicinais,
para prover o alívio de doenças, é reconhecido tradicionalmente por mais de cinco
milênios em várias civilizações. No decorrer dos anos, o estudo destes produtos tem
contribuído enormemente para o desenvolvimento de diversos fármacos com importantes
aplicações terapêuticas, correntemente utilizadas na medicina moderna, dos quais,
aproximadamente 25 % são derivados direta ou indiretamente de plantas superiores
(CALIXTO et al, 2005).
Historicamente, o desenvolvimento da química orgânica ocorreu paralelo ao
estudo de plantas, principalmente a partir do século 19, quando foram registradas as
primeiras investigações sobre os vegetais, com base científica. Isto resultou no isolamento
de alguns princípios ativos de plantas, já então conhecidos como medicinais
(MOTANARI & BOLZANI, 2001).
Depois de algumas décadas, no século 20, a química de produtos naturais passou a
representar a principal linha de pesquisa para as descobertas de novos agentes
anticarcerígenos (CRAGG & NEWMAN, 2005; CRAGG et al, 1997). Entre 1983 e 1994,
muitos dos medicamentos de origem natural aprovados para o tratamento do câncer foram
compostos oriundos do metabolismo de vegetais superiores (CORDELL, 1995).
O câncer é uma das mais terríveis doenças do século 20 e vem se expandindo,
aumentando as incidências de casos no século 21. No entanto, recentemente, uma grande
ênfase tem sido dada às pesquisas e à medicina alternativa, envolvendo plantas medicinais
pertencentes a diferentes grupos etnobotânicos, com intuito de complementar as formas de
se administrar esta doença (BALACHANDRAN, 2005).
1.1 Importância do Estudo das Plantas Medicinais
As plantas medicinais têm sido usadas pelo homem desde as grandes civilizações
antigas, como a chinesa, indiana e norte africana, conforme evidenciam alguns
manuscritos remanescentes, principalmente quanto à naturalidade do homem na utilização
das plantas para o tratamento de uma ampla variedade de doenças (PHILLIPSON, 2001).
No entanto, os princípios ativos das plantas começaram a serem isolados a partir
do século 19 e, um marco particular foi a descoberta da quinina (Figura 1), isolada da
casca da Chinchona pelos cientistas franceses Caventou e Pelletier (PHILLIPSON, 2001).
Desde então, até anteceder a Grande Guerra Mundial, no século 20, uma série de
produtos naturais isolados de vegetais superiores tornaram-se agentes clínicos e;
numerosos deles ainda são usados nos dias de hoje, por exemplo: os alcalóides, morfina e
codeína, extraídas do ópio (do látex dessecados dos frutos imaturos de Papaver
soniferum), a digoxina isolada das folhas de plantas do gênero Digitalis, a atropina
(derivada da hiosciamina) e a hioscina presentes em espécies da família Solanaceae,
ilustrados na Figura 1 (PHILLIPSON, 2001).
O surgimento dos antibióticos produzidos pela fermentação microbiana aliada ao
desenvolvimento marcante de fármacos sintéticos produzidos pela indústria farmacêutica,
logo depois da Grande Guerra, foram causas marcantes do declínio do uso das plantas
medicinais e consequentemente, no investimento em fármacos de origem vegetal
(MOTANARI & BOLZANI, 2001).
Assim, nos anos pós-guerra, foram relativamente raras as descobertas de novas
drogas de vegetais superiores com considerável importância, exceto a reserpina (Figura 1),
isolada das espécies de Rauwolfia, precursora dos agentes tranqüilizantes e, os alcalóides,
vincristina e vinblastina (Figura 1), da espécie Catharanthus roseus que foram efetivos na
quimioterapia do câncer (PHILLIPSON, 2001).
Entretanto, nas últimas décadas do século 20, uma importante mudança de
paradigma das sociedades ocidentais fez com que os produtos das plantas passassem
novamente a ocupar papel de destaque por grande contingentes das populações dos países
desenvolvidos e em desenvolvimento (MOTANARI & BOLZANI, 2001).
Principalmente, para a indústria farmacêutica motivada pelas descobertas dos
agentes quimioterápicos eficazes como a vincristina e a vinblastina além; da
podofilotoxina obtida da espécie Podophyllum peltatum e, os análogos etoposída e
teniposída; do taxol isolado da casca de Taxus brevifolia e; da artemisinina, um princípio
2
ativo extraído da planta Artemísia annua; reativando o interesse pelos medicamentos de
origem vegetal, conforme ilustra a Figura 1 (MOTANARI & BOLZANI, 2001).
Iniciando-se a busca por substâncias naturais bioativas de estrutura molecular complexa,
com a presença de centros assimétricos; estruturas complexas muito difíceis de serem
obtidas por um processo sintético de custo racional (MOTANARI & BOLZANI, 2001).
Esta retomada às pesquisas com os produtos naturais, principalmente de origem
vegetal, nos últimos anos, acarretou em uma estratégica mudança dentro do estudo
químico destas moléculas, incluindo técnicas mais rápidas e precisas quanto ao isolamento
e elucidação estrutural, avaliação biológica, semissíntese e a biossíntese para a descoberta
de novas moléculas com aplicações medicinais (CORDELL, 1995).
Uma alternativa para a descoberta de novas drogas naturais promissoras, a qual
tem sido adotada pelas indústrias farmacêuticas é a química combinatória e o
fracionamento guiado por bioensaio (MOTANARI & BOLZANI, 2001). Esses métodos
permitem o acesso a uma série pré-selecionada de diversas moléculas naturais,
estruturalmente favoráveis, fundamentadas em torno de um composto comum, fornecendo
uma ampla “biblioteca” de moléculas em um curto espaço de tempo (PATERSON &
ANDERSON, 2005).
Outros esforços, envolvendo a química orgânica sintética, têm sido a preparação
de análogos de produtos naturais capazes de corresponderem de forma mais efetiva do que
seus precursores à ação biológica. Todavia, a modificação estrutural, como a
transformação de um grupo funcional, nos produtos naturais tem a vantagem de fornecer
análogo de forma mais rápida, embora seja limitada em termos de variedades de
compostos (PATERSON & ANDERSON, 2005).
No entanto, em alguns países detentores de uma fantástica biodiversidade, como o
Brasil, as pesquisas com plantas medicinais ainda estão centradas no âmbito das
universidades e institutos de pesquisas onde se desenvolve essencialmente a fitoquímica
básica, embora existam vários grupos envolvidos na busca de princípios ativos de plantas.
As indústrias farmacêuticas não investem nestas pesquisas, sendo que, cerca de 85% das
indústrias transnacionais sediadas no Brasil praticam toda a pesquisa de descoberta e
desenvolvimento de fármacos em seus países de origem (MOTANARI & BOLZANI,
2001).
3
N
N
N
N
HO
H
H3CO
HO
H
H3C
O
N
O
O
HO
Quinina
O
HO
Morfina
OH
Codeína
Atropina
O
O
N
O
O
HO
O
O
O
O
O
O
Artemisinina
OH
OH
Hioscina
HO
Digoxina
N
OH
OH
N
H
O
O
O
O
O
H
R
N
H
O
O
Vincristina
O
NH
OH
H
O
O
O
O
O
OH O
OH
O
OH
H
O
O
O
O
N
O
O
H
O
O
O
O
R= CH3
Taxol
Podofilotoxina
Vimblastina R= CHO
H
O
S
O
O
O
HO
O
O
O
OH
O
HO
O
O
O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
N
N
H
H
H
H3CO
O
H
O
O
OH
Etoposida
Teniposida
O
O
O
O
Reserpina
Figura 1. Estruturas de compostos isolados das plantas medicinais.
4
São várias as utilidades dos produtos naturais, principalmente os oriundos das plantas,
quer sejam como suplementos na alimentação, intermediários usados nas indústrias ou
medicamentos (MOTANARI & BOLZANI, 2001), quer sejam no uso in natura das plantas
medicinais como o único recurso terapêutico de muitas comunidades e grupos étnicos
(MACIEL et al., 2002).
Portanto, a seguir, serão apresentados tópicos envolvendo as famílias, os gêneros e
alguns metabólitos especiais referentes às duas espécies das plantas estudadas nesta
dissertação de mestrado, visando, principalmente, a busca de novos agentes para a
quimioterapia do câncer.
5
1.2 A Família Piperaceae
A família Piperaceae abrange uma das mais relevantes e antigas especiarias, a
pimenta, comercializada de Malabar, uma região na costa oeste do sul Índia, para diversos
países. A pimenta também é mencionada, em alguns manuscritos romanos do Século 5, como
um importante bem econômico da cidade de Roma (MOBOT, 2005). Hoje, esta família
botânica compreende um amplo número de espécies importantes, economicamente, devido
suas propriedades como condimentos e medicinais; além da vasta maioria, sem valor
econômico, mas extremamente relevantes ecologicamente.
Esta família pantropical é composta por alguns gêneros, cujos principais são:
Lepianthes, Sarcorhachis, Ottonia, Pothomorphe, Peperomia e Piper. Destes, os maiores
gêneros são os dois últimos citados, contendo cada um cerca de mil espécies. O gênero
Piperomia é caracterizado em sua morfologia, principalmente, como plantas pequenas,
suculentas, muitas vezes epífitas. Enquanto que o gênero Piper é composto por plantas
lenhosas, incluindo arbustos, trepadeiras e pequenas árvores (DYER et al., 2004).
A família Piperaceae, no Brasil, é representada, praticamente, em todos os estados do
país, principalmente, pela espécie Piper nigrum, a pimenta do reino, que fora introduzida no
século 17 pelos portugueses (EMBRAPA, 2005). Dentre os estados do nordeste brasileiro,
tomando-se apenas o estado do Ceará como exemplo, além da espécie Piper nigrum, são
compreendidos outros 35 taxas da família Piperaceae distribuídos em quatro gêneros: Ottonia,
Pothomorphe, Peperomia e Piper (GUIMARÃES & GIORDANO, 2004).
Muitas destas espécies são utilizadas popularmente como condimento, principalmente
os frutos; como ornamentação; e como medicinais através de chás, infusão, banhos
aromáticos tanto das raízes quanto do caule e dos frutos, estes, muitas vezes, na forma seca ou
moída, são empregados para o tratamento de um amplo espectro de doenças (GUIMARÃES
& GIORDANO, 2004).
6
1.2.1 O gênero Piper L.
O gênero Piper da família Piperaceae tem mais de 1000 espécies que se distribuem
geograficamente pelas regiões subtropicais (DYER et al., 2004), tropicais e temperadas dos
dois hemisférios (GUIMARÃES & GIORDANO, 2004). Este gênero apresenta uma das
maiores diversidades de táxons nos países neotropicais, em que corresponde a cerca de 2/3 de
todas as espécies neles descritas. Muitas plantas deste gênero crescem em florestas quentes,
úmidas e com alto índice pluviométrico. Aproximadamente, 300 espécies são endêmicas do
sudeste da Ásia, incluindo o leste das ilhas da Índia e o norte da Austrália. Apenas duas
espécies são nativas da África. Na América Central, há ocorrência de cerca de 90 espécies na
Península Osa na Costa Rica, como também em alguns países da América do Sul (DYER et
al., 2004).
No Brasil, ocorrem cerca de 266 espécies do gênero Piper, das quais 13 espécies e 4
variedades foram descritas apenas no estado do Ceará, embora praticamente todas também
ocorram em outros estados nacionais (GUIMARÃES & GIORDANO, 2004). A Tabela 1
sumariza a ocorrência e as principais atividades medicinais das diversas espécies do gênero
Piper nos estados brasileiros.
A maioria das espécies deste gênero não tem valor econômico, embora apresentem
uma grande importância ecológica dentro do seu habitat natural, principalmente nas florestas
úmidas. As folhas das plantas do gênero Piper servem de alimento para uma série de insetos
herbívoros, enquanto que os frutos amadurecidos nutrem uma variedade de animais
frugívoros, por exemplo, morcegos e pássaros (DYER et al., 2004).
No entanto, algumas plantas do gênero Piper são economicamente muito importantes.
Um exemplo é a espécie P. methysticum cujas raízes são fontes de “kawa”, substância da
classe das kavapironas, usada tradicionalmente na Polinésia como uma bebida narcótica, hoje,
esta planta é de interesse para as indústrias na formulação de sedativos. Outras espécies
complacentes como P. cubeba, P. longum e P. auritum são usadas localmente como
condimentos ou medicinais. Uma das mais proeminentes é a espécie P. nigrum, originalmente
da Índia, foi importante nos primeiros negócios estabelecidos entre a Europa e a Ásia, sendo
hoje, a principal fonte de pimenta preta e é amplamente utilizada pela humanidade como
condimento (DYER et al., 2004).
7
Recentemente, foi identificado, particularmente em P. longum, P. auritum, e P.
hispidinervum um dos principais óleos voláteis brasileiros, o safrol (Figura 2) explorado
economicamente em Rondônia por indústrias químicas (SIMÕES et al., 2004). Em algumas
espécies como na P. hispidinervum, o safrol tem uma elevada concentração, atingindo de 83 a
93% dos óleos essenciais caracterizados (DYER et al., 2004).
8
Tabela 1. Distribuição geográfica das espécies do Piper nos estados brasileiros e as principais indicações na medicina popular.
Espécies
Distribuição Geográfica
Propriedades medicinais
Amazonas, Pará, Ceará, Paraíba Seus frutos são usados como substitutos da pimenta-do-reino, utilizando-os como condimento.
e Pernambuco
Também é usada sob a forma de chá, considerada antiespasmódica para afecções do fígado e
do baço; segundo os índios quando amassadas, são utilizadas para aliviar coceiras das picadas
de insetos.
Ceará,
Pernambuco,
Bahia,
Suas folhas são usadas sob a forma de cataplasmas ou, através do cozimento, são empregadas
Piper amalago (Jacq.)
Minas Gerais, Rio de Janeiro, em banhos ou chás, devido suas propriedades sudoríferas acentuadas. São úteis ainda para os
Yunck.
São Paulo, Paraná, Santa males do estômago. Os frutos são estimulantes além de serem usados para o tratamento das
Catarina, Rio Grande do Sul e cardialgias, no tratamento de reumatismos.
Mato Grosso
Amazonas, Ceará, Bahia, Minas O suco das espigas, em aguardente, é de uso interno contra mordedura de cobra e o bagaço
Piper cernuum Vell.
Gerais, Espírito Santo, Rio de misturado com raízes pode ser aplicado sobre o ferimento produzido pelo animal. A raiz é
Janeiro, São Paulo, Paraná e considerada um medicamento sialagogo e diurético. O pó resultante das espigas secas é útil
Santa Catarina
para tratamento de gonorréias crônicas e leucorréias.
Piper tuberculatum Jacq. Amazonas, Pará, Maranhão, No Ceará é conhecida como pimenta-de-macaco ou pimenta-longa, considerada planta
Piauí,
Ceará,
Paraíba, medicinal como estimulante e carminativa.
Pernambuco, Rio de Janeiro e
Mato Grosso
Amazonas, Ceará, Pernambuco, Sob a forma de chá e banhos aromáticos é a planta usada contra reumatismos, bronquites,
Piper arboreum Yunck.
Bahia, Rio de Janeiro, São resfriados e gripes fortes, sendo ainda carminativa e emoliente. As folhas tem óleo de sabor
Paulo, Paraná, Santa Catarina, picante, com aroma semelhante ao do hortelã-pimenta, sendo empregadas como sudoríficas e
Rio Grande do Sul e Mato afrodisíacas. Também são utilizadas nas dores de garganta e dentes.
Grosso
Piper divaricatum G. Amazonas, Amapá, Pará, Ceará, A raiz é aromática, de sabor forte, semelhante ao do gengibre. As folhas e as raízes, quando em
Pernambuco, Bahia, Minas infusão, são empregadas internamente contra dores reumáticas e cólicas, e, quando cozidas, são
Mey.
Gerais, Espírito Santo, Rio de utilizadas sob a forma de banhos antireumáticos.
Janeiro e Mato Grosso
Piper marginatum Jacq.
9
Continuação da Tabela 1
Espécies
Distribuição Geográfica
Piper bartlingianum Miq. Amazonas, Amapá, Pará, Ceará
Endêmica no estado do Ceará
Piper rufipilum Yunck.
Piper
crassinervium Amazonas, Ceará, Minas Gerais,
Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná
Kunth
e Santa Catarina
Piper mollicomum Kunth, Ceará, Paraíba, Pernambuco,
Minas Gerais, Espírito Santo, Rio
Linnaea
de Janeiro, São Paulo, Santa
Catarina, Mato Grosso e Goiás
Amazonas,
Amapá,
Pará,
Piper dilatatum Rich.
Maranhão, Pernambuco, Bahia,
Minas Gerais, São Paulo, Paraná,
Santa Catarina e Mato Grosso
Amazonas, Amapá, Pará, Mato
Piper aduncum L.
Grosso, Ceará, Bahia, Minas
Gerais, Espírito Santo, Rio de
Janeiro, São Paulo e Paraná
Amazonas, Pará, Ceará,
Piper hispidum Sw.
Pernambuco, Bahia, Rio de
Janeiro, Paraná, Santa Catarina e
Mato Grosso
Piper carniconectivum L.
Amazonas, Rondônia
Propriedades medicinais
Não descritas
Não descritas
Não descritas
Os frutos são úteis para problemas estomacais, sendo também muito usados em doenças
venéreas. Suas raízes são utilizadas como mastigatórios para anestesiar as dores de dentes.
Não descritas
As folhas são utilizadas sob a forma de chá contra apatia intestinal e males estomacais. São
adstringentes e diuréticos, sendo um hemostático poderoso usados em feridas, úlceras e
leucorréias. Suas espigas curvas e aromáticas contêm taninos, essências e resinas. A infusão
das folhas é usada como estomáquica, balsâmica, adstrigente e desobstruente do fígado.
As folhas, as raízes e os frutos são adstrigentes, diuréticos e estimulantes, empregados como
desobstruentes do fígado. Também é utilizada para deter hemorragias traumáticas. As folhas
são utilizadas sob a forma de banhos contra as hemorróidas, reumatismos e desinterias, quando
frescas são usadas como emplastros em hernia de umbigo de crianças, tendo o mesmo uso no
estado seco e reduzido a pó, sendo ainda consideradas hemostáticas. Os frutos são
antiblenorrágicos.
Usado na medicina popular e como bioprodutor de óleo essencial.
10
Assim como o safrol e alguns propenilfenóis como o eugenol e a miristicina (Figura
2), compostos com estruturas relativamente simples, são comuns a outras plantas e estão
presentes no gênero Piper (DYER et al., 2004).
O gênero Piper tem uma grande diversidade de metabólitos especiais, abrangendo em
torno de 667 compostos diferentes, caracterizados através de investigações fitoquímicas de
apenas 112 espécies estudadas, as quais correspondem aproximadamente 10% do total de
espécies conhecidas. Estes metabólitos especiais se distribuem nas seguintes classes de
substâncias: 190 alcalóides/amidas, 49 lignanas, 70 neolignanas, 97 terpenos, 39
propenilfenóis, 15 esteróides, 18 kavapironas, 17 chalconas/dihidrochalconas, 16 flavonas, 6
flavanonas, 4 piperolídeos e 146 miscelâneas de compostos não muito comuns dentro do
grupo majoritário dos metabólitos especiais (DYER et al., 2004).
Muitas destas classes de compostos têm sido investigadas quanto às várias atividades
biológicas, atribuindo a muitas espécies propriedades farmacológicas (DYER et al., 2004).
Dentre as atividades farmacológicas identificadas neste gênero, encontram-se suas
propriedades antitumorais (SIMÕES et al., 2004) e antiinflamatórias (STÖHR, 2001).
As bioatividades destes metábólitos têm consentido a algumas plantas sua utilização
oficial por mais de 2000 anos na tradicional na medicina Chinesa (STÖHR, 2001), assim
como, entre povos do continente Americano, principalmente, por tribos indígenas da floresta
Amazônica (GUIMARÃES & GIORDANO, 2004).
11
O
O
O
O
O
N
O
N
O
1
2
O
O
O
O
HO
O
O
3
4
O
O
O
O
5
O
O
OH
O
O
O
7
6
OH
O
O
O
O
O
OH
OH
O
9
8
O
10
O
O
O
OH
OH
HO
NH2
HO
O
12
11
Figura 2. Principais classes de metabólitos especiais, majoritários, citando alguns
exemplos presentes no Gênero Piper. Amidas: piperina (1) e cefaradiona A (2);
Propenilfenóis: safrol (3) e eugenol (4); Lignanas: sesamina (5); Neoligananas: kadsurina A
(6);
Terpenos:
transfitol
(7)
e
terpinolena
(9);
Kavapironas:
metisticina
(8);
Dihidrochalconas: asebogenina (10); Flavona: 7,4’-dimetioxi-5,3’-dihidroxiflavona (11);
Outros: dopamina (12).
12
Recentes investigações fitoquímicas com as raízes da espécie P. carniconnectivum,
coletada no estado de Rondônia, contribuíram para a descoberta de três novas
ciclopentadionas 13-15 e o isolamento de uma cumarina, conhecida, xantiletina 16 (Figura 3)
(FACUNDO et al., 2004).
Ciclopentenedionas
R
O
OH
R1
O
O
13
14
O
O
R=Me, R1=H
R=H, R1=Me
15
Xantiletina
O
O
O
16
Figura 3. Estrutura das novas ciclopentenedionas (13), (14) e (15), e da coumarina
(16) isoladas de P. carniconnectivum.
13
1.2.2 A espécie Piper nigrum L.
A Piper nigrum L. (Figura 4), espécie tipo do gênero Piper (GUIMARÃES &
GIORDANO, 2004), é uma das mais conhecidas dentre as mais de 1000 espécies da família
Piperaceae, devido ao seu valor comercial, econômico, e a sua importância medicinal (WEI et
al., 2005).
Originária da floresta de Kerala, sul da Índia, os frutos de Piper nigrum constituem a
especiaria que mais atraiu os comerciantes no final do século 15, principalmente os
portugueses, após a descoberta da rota mais curta para a Índia partindo da Europa
(EMBRAPA, 2005). Os portugueses passaram a dominar este produto o qual é conhecido,
popularmente, nos países de língua portuguesa como pimenta-do-reino (EMBRAPA, 2005) e
também denominada, pelos espanhóis, de pimenta preta e, pelos ingleses, de pepper
(BARRETO-JUNIOR, 2005).
Figura 4. Espécie Piper nigrum.
A introdução da pimenta-do-reino, no Brasil, pelos colonos portugueses no séc. 17,
ficou restrita aos estados do litoral brasileiro que só foi estabelecida como cultivo racional
após a introdução da cultivar Cingapura (ecotipo de Kuching) por imigrantes japoneses, em
1933. Mais tarde, os japoneses e os brasileiros introduziram o sistema de cultivo intensivo
praticado na Malásia, tornando o Brasil auto-suficiente, em 1950. Hoje, é cultivada em mais
de 100 municípios nos Estados do Pará, Espírito Santo, Bahia, Maranhão, Ceará, Paraíba e,
14
recentemente, no Estado do Amapá, alcançando o Brasil no ano de 2004 uma produção de
30.000 toneladas por hectare/ano (EMBRAPA, 2005).
A pimenta do reino é uma das únicas especiarias cujos frutos podem ser
comercializados em quatro diferentes versões de grãos de pimenta: preta, branca, verde e
vermelha (Figura 5). A pimenta tipo preta, mais comum, é o fruto em sua maioria
amadurecido, debulhado das espigas e secado ao sol ou com auxilio de um secador elétrico
(UNI-GRAZ, 2005).
Os frutos totalmente amadurecidos são usados para produzir a pimenta branca isenta
do invólucro externo (exocarpo e mesocarpo) o qual confere o aroma a pimenta, por conter
uma parte dos compostos voláteis e açúcares. Comumente, o processo para remoção do
invólucro consiste em umedecer as espigas, não debulhadas, encharcando-as por uma semana
em tanques de água corrente, para que o mesocarpo se desintegre do endocarpo. O grão
remanescente é seco e o sólido branco pulverizado (endocarpo) é chamado de pimenta branca,
tão pungente quanto à pimenta preta (UNI-GRAZ, 2005).
Pimenta verde, pouco pungente e de sabor “fresco”, é uma das formas de se
comercializar a pimenta do reino, principalmente, em Madagascar para o consumo como
condimento. Os frutos verdes são recolhidos das espigas, antes de iniciar o processo de
fermentação, e imediatamente colocados em conservas de salmoura ou vinagre. As conservas
também podem ser feitas com os frutos maduros originando a pimenta tipo vermelha, uma
mercadoria muito rara, considerada mais pungente do que a pimenta preta e com o frescor de
pimenta verde, é produzida em Kerala, sul da Índia (UNI-GRAZ, 2005).
15
1
2
4
3
5
Figura 5. Grãos de pimenta do reino secos: verdes (1), pretos (2) e brancos (3). Grãos
de pimenta do reino de conserva: verdes (4) e vermelhos (5).
A espécie P. nigrum é uma planta perene com caule liso, redondo, nodoso e
ramificado; as folhas são inteiras, lâminas ovaladas, ápice agudo, coriáceas e com sete
nervuras principais; as flores são pequenas, brancas, dispostas em espigas; os frutos são
globulares, vermelhos quando maduros que ao secarem possuem uma superfície grossa e
rugosa (MOBOT, 2005).
As investigações fitoquímicas realizadas, ao longo das últimas décadas, em
P.
nigrum revelaram uma ampla variedade de metabólitos especiais presentes nesta espécie, os
quais se distribuem em diferentes classes de compostos: amidas/alcalóides, propenilfenóis,
lignanas, neoliganana, terpenos, flavonas e miscelâneas de compostos, dos quais alguns são
encontrados apenas nesta espécie (PARMAR et al., 1997).
Recentes averiguações realizadas com os frutos desta espécie resultaram no
isolamento de novos metabólitos especiais, atingindo um total de 35 amidas (WEI et al.,
2004) e; das raízes, 39 amidas alcaloidáis e 21 bisamidas (WEI et al., 2005).
Muitas das amidas alcaloidáis isoladas da pimenta do reino (Figura 6), diante de
investigações biológicas, têm apresentado importantes atividades. Por exemplo, a pipericida
22 tem apresentado propriedade inseticida frente ao Callosobruchus chinensis, assim como a
di-hidropipericida e a guineensina, também são tóxicas ao macho desta espécie. As amidas
guineensina, pipericida e retrofractamida A apresentaram toxidez aos mosquitos das espécies
Cullex pipiens pallens, Aedes togoi e Aedes aegypti, enquanto que outras como a piperina
apresentam propriedade antipirética, analgésica e antiinflamatória (PARMAR et al., 1997).
16
O
O
O
N
O
O
O
O
N
O
O
4
1
17
Piperamida
Piperina
N
4
18
Brachistamida A
O
O
O
O
HO
O
N
6
N
HO
19
Dihidropipericida
20 Guineensina
n=6
21 Retrofractamida A
n=4
22 Pipericida
n=2
O
3,4-Dihidroxi-6(N-etillamino)benzamida
O
O
O
HO
H
23
N
H
O
NH2
N
n
H
N
O
O
N
2
25
24
N-Formilpiperidina
(2E,4E)-N-5-[(4-Hidroxife nil)pentadienoil]pipe ridina
O
26
(2E,4E,8E)-N-9-(3,4-Metilenedioxifenil)
nonatrienoilpirrolidine
O
O
4
N
27
(2E,4E,lOE)-N-l l-(3,4Metillenedioxifenilundecatrienoilpiperidina
Figura 6. Estruturas de algumas amidas/alcalóides isoladas de P. nigrum.
Neste trabalho de dissertação de mestrado, a piperina foi o alvo de nossos estudos
devido esta amida/alcalóide ser o metabólito majoritário da espécie P. nigrum, de fácil
extração, podendo ser obtida com bom rendimento, através da preparação do extrato etanólico
dos frutos secos da pimenta do reino, com auxílio do extrator de Sohxlet. Outro fato relevante
que fez desta espécie um dos objetos de estudos deste trabalho, é ser o Brasil um dos maiores
produtores deste condimento. Portanto, a piperina será o objeto de maior destaque quanto às
suas propriedades e ocorrências.
17
Piperina
As amidas alcaloidáis constituem a classe mais abundante de metabólitos especiais
dentro do gênero Piper, correspondendo, na espécie P. nigrum, cerca de 20% dos compostos
já conhecidos (PARMAR et al., 1997). Uma das mais importantes e das primeiras amidas
isoladas - por Oerstedt em 1819 e determinada estruturalmente por LANDENBURG &
SCHOLTZ em 1894 (EPSTEIN et al., 1993) - é a piperina 1 (PARMAR et al., 1997). Trata-se
do isômero 2E,4E do esqueleto 5-(benzo[1,3-d]dioxol-5-il)-1-(piperidinil)-2,4-pentadien-1ona. A piperina em algumas espécies apresenta-se, minoritariamente, nas três formas
isoméricas: 2Z,4E, (isopiperina); 2E,4Z (isochavicina) e 2Z,4Z (chavicina), ilustradas na
Figura 7 (BUDAVARI, 1996).
O
O
O
O
N
O
O
1
28
Isopiperina
Piperina
O
O
O
N
O
N
29
Isochavicina
O
O
N
30
Chavicina
Figura 7. Piperina e suas três formas isoméricas.
A piperina, isolada das espécies: P. acutisleginum, P. album, P. argyrophylum, P.
attenuatum, P. aurantiacum, P. betle, P. callosum, P. chaba, P. cubeba, P. guineense, P.
hancei, P. khasiana, P. longum, P. macropodum, P. nepalense, P. nigrun, P. novae
hollandiae, P. peepuloides, P. retrofractum, P. sylvaticum, P. puberulum, atinge uma
concentração média de 5 % nas plantas. (PARMAR et al., 1997). Em estudos mais recentes,
pode-se obter a piperina na forma de cristais amarelo-claros da espécie P. nigrum com 7% de
rendimento (RIBEIRO, 2004).
Na espécie Piper nigrum, a piperina se distribui tanto nas folhas e caules quanto nos
frutos, onde ocorre em maior proporção (Tabela 2), sendo mais abundante nas partes secas do
vegetal (SEMLER & GROSS, 1988).
18
Tabela 2. Distribuição de piperina nas folhas, caules e frutos da espécie Piper nigrum.
Material Vegetal
Piperina
(mg/g pfr)
a
(mg/g ps) b
Raiz:
jovem
0,057
0,32
Folhas:
jovem
0,0006
0,0049
madura
0,0002
0,0007
jovem
0,0087
0,070
madura
0,46
1,92
____
31,09 d
____
2,25
Caules:
Frutos c Pimenta preta
Pimenta branca
a
Miligrama por grama de peso fresco de pimenta
Miligrama por grama de peso seco de pimenta
c
Obtidos de amostras comerciais
d
Média dos valores encontrados das amostras de pimenta preta
b
Biossíntese da piperina
A biossíntese da amida alcaloidáis, piperina, envolve a formação do anel
piperidínico o qual é originado após a perda do grupo carboxila da L-lisina, aminoácido
precursor (Esquema 1). Posteriormente, ocorre a formação da porção do ácido pipérico
(Esquema 2), derivado do cinamoil-CoA, cuja cadeia carbônica é estendida através da
incorporação de uma unidade de malonil-CoA, a qual sofre posterior redução, via catálise
enzimática, seguida por uma desidratação, formando o tioéster piperoil-CoA que reage com a
piperidina originando a piperina (DEWICK, 2001).
COOH
-CO2
PLP
NH2 NH2
NH2 NH2
L-Lisina
NH2 O
Cadaverina
N
H
Piperidina
redução
N
(base de Schiff)
Piperideina
Esquema 1 - Formação da piperidina.
19
O
O
O
Malonil-CoA
O
SCoA
O
O
SCoA
O
Cinamoil-CoA
NADPH
O
O
OH
O
SCoA
-H2O
O
O
SCoA
O
Piperoil-CoA
HN
piperiltransferase
Piperidina
O
O
N
O
1
Piperina
Esquema 2. Rota biossintética da piperina.
Propriedades farmacológicas da piperina
Uma grande diversidade de atividades biológicas apresentada em estudos
farmacológicos com a piperina a evidencia como uma das mais importantes amidas/alcalóides
presente em espécies do gênero Piper, principalmente, na espécie P. nigrum na qual a
piperina é um dos principais constituintes.
Extratos de P. nigrum têm sido usados na medicina tradicional Chinesa para o
tratamento de doenças reumáticas e doenças do trato respiratório. Estudos prévios sugerem
que estes extratos e alguns constituintes possuem propriedades inibitórias frente à enzima
ciclooxigenase-1, importante para a formação de prostaglandinas cuja relevância é mediar o
desenvolvimento de processos inflamatórios, como o reumatismo (GEITZ et al., 1997).
STÖHR et al, evidenciou que extratos de espécie Piper constituídas de
amidas/alcalóides, principalmente de piperina, são promissores na inibição das enzimas
ciclooxigenase-1 e lipoxigenase-5, fundamentais para o metabolismo do ácido araquidônico
(STÖHR et al., 2001). A enzima lipoxigenase-5 é responsável pela formação de leucotrienos
proinflamatórios (SMITH, 1996).
20
Outros estudos com extrato de P. nigrum, miscigenado com piperina e outras amidas,
indiciam a capacidade destes compostos de aumentar a proliferação de melanócitos, o que
sugere sua aplicação no tratamento de vitiligo. VENKATASAMY et al. confirmaram que a
piperina pura e seus análogos sintéticos são capazes de induzir a proliferação de linhagem de
células melanócitas de ratos in vitro (VENKATASAMY et al., 2004).
A piperina além de apresentar atividade antipirética, analgésica e antiinflamatória,
como citado anteriormente, pode agir no sistema nervoso central, em animais de laboratório,
como substância depressora, produzindo efeitos hipnóticos (JOHRI & ZUTSHI, 1992).
Estudos recentes evidenciaram a ação da piperina na inibição da atividade, em ratos,
da enzima monoamina oxidase (MAO), responsável por catalisar a desaminação oxidativa de
neurotransmissores como, por exemplo, serotonina e dopamina. As substâncias inibidoras da
MAO são usadas no tratamento de distúrbios mentais, principalmente como antidepressivos e,
na terapia das doenças de Parkinson e Alzheimer (LEE et al., 2005).
Esta amida/alcalóide em ratos é rapidamente absorvida pelo trato gastrointestinal,
podendo ser detectada no plasma branco em 15 minutos após a administração intravenosa
(BAJAD et al., 2002). Quando administrada oralmente, a piperina contribui para o aumento
da
permeabilidade
das
células
intestinais
(WEI,
et
al.,
2005),
aumentando
a
biodisponibilidade de diferentes drogas como a curcumina, espateina, barbitúrios, propanol e
teofilina (ATAL et al., 1985; JOHRI & ZUTSHI, 1992). Possivelmente, por induzir alteração
na dinâmica de lipídeos e proteínas, bem como, nas características da membrana plasmática,
aumentando a microvilosidade e a fluidez, no epitélio (KHAJURIA et al., 2002).
Também são descritas propriedades hepatoprotetora (WEI, et al., 2005), atividade
antiasmática (MAJUMDAR et al., 1990), antifertilidade (PIYACHATURAWAT et al.,
1982), antimetastase (PRADEEP & KUTTAN, 2002) e o efeito inibidor na produção de óxido
nítrico e no fator α de necrose tumoral in vitro e in vivo (PRADEEP & KUTTAN, 1999) da
piperina.
Ribeiro et al. observaram a ação da piperina e seus derivados sintéticos frente ao
protozoário Trypanosoma cruzi; sendo que de todos os compostos ensaiados, a piperina
apresentou os valores mais promissores de concentração inibitória de 50%, 4,91 µM e 7,36
µM frente às formas amastigosta e epimastigota, respectivamente, quando comparados aos
valores de IC50 do Benznidazol, do qual se dispõe para o tratamento da doença de Chagas
causada por este protozoário (RIBEIRO et al., 2004).
21
A propriedade virucida da piperina, purificada dos frutos de Piper nigum, foi
observada frente ao vírus influenza A/Victoria/3/75, incubado em células MDCK. Neste
ensaio, a amida natural exibiu significativa atividade, inibindo de 100 a 99,8% o vírus
influenza A cujas concentrações variaram de 0,195 - 6,25µg/ml em ordem decrescente de
diluição (COUCEIRO et al., 2005).
Propriedades quimioterápicas da piperina frente ao câncer
Alguns estudos têm evidenciado que a piperina auxilia na inibição das reações de
oxidação tanto in vitro como in vivo causadas por radicais livres de forma a prevenir ou
retardar os danos às células e aos tecidos. A suplementação desta amida na dieta de animais
de laboratório contribui na redução do desenvolvimento do câncer, realçando sua atividade de
antioxidante através do efeito inibidor ou quelante com o radical livre e espécie de oxigênio
reativo (ROS) na proteção contra certos tipos de câncer (MITTAL & GRUPTA, 2000;
BALAKOUL & ARUNA, 1993).
Diante do carcinógeno benzo(a)pireno capaz de induzir enormes quantidades de
radicais livres e, consequentemente, a peroxidação de lipídeos em células do pulmão, estudos
com a piperina mostraram seu efeito supressor frente ao carcinógeno, reduzindo a formação
de radicais livres e a proliferação de células carcinogênicas no pulmão (SELVENDIRAN et
al., 2004 a; SELVENDIRAN et al., 2004 b).
Respostas imunofarmacológicas da ação da piperina foram obtidas diante de estudos
in vitro com células de melalona B16F-10 no qual foi focalizado a ativação e a translocação
de diferentes fatores de transcrição nuclear como o fator-kB (NF-kB), c-Fos, CREB, ATF-2 e
a expressão de citocinas proinflamatórias (PRADEEP & KUTTAN, 2004).
Neste estudo, foi observado que 10 µg/ml de piperina são capazes de diminuir os
níveis de produção de citocinas (IL-1β, IL-6, GM-CSF e TNF-α), cuja elevada expressão tem
sido observada nestas células durante a metástase. Outros efeitos observados foram tanto a
inibição na translocação dos fatores de transcrição NF-kB (subunidades p65, p50 e cRel), cFos, CREB, ATF-2, quanto a redução da proliferação do melanona (PRADEEP & KUTTAN,
2004).
A avaliação do efeito imunorregulador da piperina foi realizado por SUNILA &
KUTTAN (2004), os quais observaram que a piperina pode estimular o sistema
hematopoiético e aumentar a proliferação de células tanto da medula óssea quanto de células
22
positivas à α-esterase. Ainda neste estudo, foi observada a atividade antitumoral desta
amida/alcalóide frente às culturas in vitro de células L929, do linfoma de Dalton (DLA) e do
carcinoma ascítico de Ehrlich (EAC) representada na Tabela 3 (SUNILA & KUTTAN, 2004).
Tabela 3. Citotoxicidade da piperina em culturas de células de L292, DLA e EAC.
Linhagem de
células (106)
L929
Efeito Citotóxico (%)
100
Concentração da
piperina (µg/ml)
50
DLA
100
250
EAC
100
500
SUNILA & KUTTAN, 2004
Além do estudo in vitro frente às células cancerígenas, foi avaliada a atividade
antitumoral in vivo, utilizando-se a dose de 1,14 mg/animal de piperina, observando-se a
inibição do desenvolvimento do tumor sólido em ratos induzido com o linfoma de Dalton em
37,3 %, e o aumento da expectativa de vida dos animais portadores do carcinoma ascítico de
Ehrlich em até 58,8 % (SUNILA & KUTTAN, 2004).
23
1.3
A Família Loranthaceae
A família Loranthaceae pertence à ordem Santalales a qual compreende outras cinco
famílias: Balanophoraceae, Eremolepdaceae, Olacaceae, Opiliaceae e Viscaceae. Todas são
plantas que parasitam galhos de árvores ou arbustos e, de acordo com o grau de dependência
nutricional, são categorizadas como hemiparasitas ou holoparasitas por atuarem nos sistemas
condutores de seiva da planta hospedeira: xilema e floema, respectivamente (NICKRENT,
2001).
O maior número de espécies na ordem Santanales ocorre na família Loranthaceae,
correspondendo a cerca de 900 espécies das 1436 existentes, compreendidas em 74 dos 89
gêneros. A segunda maior família é a Viscaceae, embora com apenas 7 gêneros, compreende
480 espécies que estão distribuídas, majoritariamente, dentro dos gêneros Phoradendron e
Viscum (NICKRENT, 2001).
A maioria destas plantas possui em suas sementes uma substância chamada de visco
que a permite fixar-se na planta hospedeira, após serem ingeridas e secretadas por pássaros,
exceto as sementes dos gêneros Nuytsia e Misodendrum que são dispersas pelo vento. Devido
ao fato dos pássaros serem os agentes dispersores das sementes das duas maiores famílias,
Loranthaceae e Viscaceae, estas plantas são conhecidas popularmente como ervas de
passarinho (NICKRENT, 2001).
A ordem Santalales possui uma ampla distribuição biogeográfica cuja ocorrência
abrange tanto regiões tropicais quanto de clima temperado. Na Europa, o gênero Viscum e, na
América do Norte, o gênero Phoradendron, ambos da família Viscaceae, representam a
maioria das plantas parasitas, enquanto que a família Loranthaceae distribui-se pelos trópicos:
Malásia, Austrália e América do Sul (NICKRENT, 2001), revelando-se pouco abundante em
regiões temperadas (RIZZINI, 1968).
A família Loranthaceae abrange cerca de 40 gêneros e 1500 espécies distribuídas nas
regiões subtropicais e tropicais em ambos os hemisférios (VENTURELLI, 1981), sendo a
região tropical de maior ocorrência com 1400 espécies caracterizadas como arbustos eretos ou
escandentes, clorofilados, hemiparisitas de árvores ou arbustos de dicotiledôneas e de
coníferas, conforme ilustra a Figura 7 (BARROSO et al., 1984).
24
Figura 8. Distribuição biogeográfica da família Loranthaceae
No Brasil, as espécies da família Loranthaceae ocorrem numa área muito abrangente,
demonstrando uma redistribuição pelas Florestas Pluviais: Amazônica e Atlântica e, pelas
regiões mais secas do país, Central e Nordeste (RIZZINI, 1968).
Estudo fitoquímico das ervas de passarinho
As investigações fitoquímicas com espécies da família Loranthaceae iniciaram-se após
os estudos com extratos de Viscum albuns (Viscaceae), espécies Tipo das ervas de passarinho
na Europa, amplamente usados na medicina popular no tratamento do câncer, cujos
componentes identificados relacionam-se com a redução de tumores. Dentre os componentes
descritos em literatura, encontram-se: lectinas, viscotoxinas, proteínas, peptídeos,
oligossacarídeos, alcalóides, compostos polifenóis e flavonóides presentes nesta planta (ZEE
CHENG, 1997).
A
presença
de
flavonóides
e
proantocianidinas
na
família
Loranthaceae
(FERNÁNDEZ et al., 1998) e outros metabólitos especiais como flavonas, lignanas e
monoterpenos glicosilados (OHASHI et al., 2003), despertou a atenção dos pesquisadores
para o estudo fitoquímico dos extratos e das frações de algumas espécies, desta família,
endêmicas e de uso medicinal local.
Na espécie Scurrula atropurpurea, uma planta parasita de Thea sinensis, espécie de
chá muito comum na Indonésia, foram isolados alguns ácidos graxos: ácidos linoleico e
oléico; chantonas: cafeína e teobromina; flavonóides glicosilados: quercitrina e rutina;
25
monoterpeno glicosilado: icarisida B; lignana glicosilada: aviculina e; flavonas: catequinas e
epicatequinas, representados na Figura 8 (OHASHI et al., 2003).
COOH
COOH
31
Ácido linoeico
32
Ácido oleico
COOH
COOH
33
Ácido linolênico
O
R
O
N
OH
CH3
N
N
34
Ácido octadeca-8,10-diinoico
HO
O
OH
N
OR
CH3
OH
O
35 Teobromina R= H
37 Quercitrina R= raminosil
36 Cafeína
38 Rutina
R= CH3
O
O
glc-O
39 Icarisida B2
R= rutinosil
Figura 9. Estrutura dos metabólitos especiais isolados da espécie Scurrula
atropurpurea.
A partir de outras espécies deste gênero, comuns na Indonésia como a Scurrula fusca,
cuja planta hospedeira é Fícus riedelii, pôde-se isolar de suas folhas o perseitol (Figura 9)
complexado com íons de potássio em uma razão molar de 20:1, respectivamente (ISHIZU et
al., 2001). Também foram isolados alguns flavonóides glicosilados como a quercetina e a
4’’-O-acetilquercitrina (Figura 10), além da quercitrina, da fração de acetato de etila da
espécie Scurrula ferruginea (LOHÉZIC-LE-DÉVÉHAT et al., 2002).
Estudos com o extrato de caules e folhas da espécie Ligaria cuneifolia, na Argentina,
evidenciaram a presença de quercetina livre ou monoglicosilada com xilose, raminose e
arabinose na hidroxila da posição 3 do esqueleto flavonol. Além da catequina, epicatequina e
do catequinol, ilustrado na Figura 10 (FERNÁNDEZ et al., 1998).
26
R1
H3 CO
OH
OH
OH
O-rha
HO
O
HO
HO
O
OH
OH
OR 2
OH
OCH3
OH
OH
OH
40
42 (-)-epicatequina
R1= H, R2= H
43 (-)-epicatequin-3-O-galato
R1= H, R2= galosil
44 3-O-galato (-)-epigalocatequina R1= OH, R2= galosil
41
Aviculina
(+)-catequina
OH
OH
OH
OH
HO
HO
O
O
O
HO
O
OH
HO
HO
O
O
CH3
HO
45
46
Quercetina
4''-O-acetilquercitrina
OCOCH 3
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
HO
OH
OH
OH
OH
OH
47
Catequin-4-β-ol
48
Perseitol
Figura 10. Estrutura da quercetina (45), 4´´-O-acetilquercitrina (46), catequin-4-β-ol
(47) e perseitol (48) isolados de Ligaria cunifolia.
27
Importância das ervas de passarinho
Estas angiospermas hemiparasitas têm sido objetos de estudos de muitos
pesquisadores a partir da metade do século passado, não somente pelo seu estilo de vida
peculiar (SALATINO, 1993) e pelo impacto negativo frente à inviabilidade comercial de
plantas ornamentais e frutos de cultivares, como também por apresentarem efeitos tóxicos e
terapêuticos (NICKRENT, 2001).
A espécie Viscum album (Viscaceae) amplamente distribuída na Europa, na Ásia e
também na América do Norte, a qual abrange uma lista de plantas hospedeiras representada
por 452 espécies, apresentam-se causando impactos negativos devido a parasitar plantas com
interesse comercial (BARNEY et al., 1998). Na floresta de pinheiros do monte Parnis, na
Grécia, 67,67% das árvores mais antigas foram infectadas por V. album a qual tem
ocasionado, concomitantemente com a baixa precipitação pluvial durante os anos de 20002002, a redução do vigor e a predisposição destas árvores ao ataque de besouros, resultando
na grande mortalidade dos pinheiros (TSOPELAS et al., 2004).
Diante do uso terapêutico das plantas, as ervas de passarinho têm sido consideradas,
popularmente, como tônico cardíaco administrada durante a febre tifóide, como narcótico e
antiplasmódico. Na França, em 1682, foi considerada como remédio doméstico de grande
poder curativo nos casos de epilepsia. Com grande reputação para o tratamento de convulsões
epilépticas, estas plantas parasitas têm sido empregadas no tratamento de outros tipos de
desordens do sistema nervoso como delírios, histerias, neuralgias, além de desordem urinária
e de doenças cardíacas. Também têm sido usadas para deter hemorragias internas
(BOTANICAL, 2005).
O extrato de V. album L. (Viscaceae) tem sido utilizado popularmente por décadas, na
Europa, contra uma variedade de doenças como artrites, reumatismo e hipertensão, além do
uso no tratamento de tumores epiteliais em humanos (STEIN, et al., 1998). Este extrato tem
sido utilizado no tratamento tanto de tumor benigno como maligno, especialmente na
Alemanha, após o discurso do filósofo austríaco Rudolf Steiner (1861-1925) e do físico Ita
Wegman (1876-1943), sugerindo o uso do extrato de Viscum como uma droga natural anticâncer em 1920 (KIENLE, 1999; BOCCI, 1993).
Desde 1926, elaborações de extratos de ervas de passarinho têm sido utilizados
clinicamente como adjuvantes na terapia do câncer e inúmeros estudos vêm sendo realizados
desde então. A ação e o mecanismo da atividade antitumoral desta planta deve-se não somente
28
à inibição da proliferação celular, mas também por indução de citocinas e efeitos
imunoadjuvantes, como atividade imunomoduladora (KUTTAN & KUTTAN, 1992).
As plantas da família Loranthaceae também são reconhecidas popularmente como
portadoras de propriedades medicinais em diversos países, despertando os pesquisadores para
o estudo de algumas espécies promissoras farmacologicamente. Determinadas atividades
biológicas importantes têm sido atribuídas às suas espécies, dentre as mais citadas: antiviral,
efeitos imunomoduladores, anti-inflamatórios e, ação antitumoral (FERNÁNDEZ et al.,
1998).
Dentre as espécies desta família, a Ligaria cuneifolia é usada na medicina popular na
Argentina como substituinte da V. album para o controle da pressão sanguínea. Estudos
realizados com extratos de L. cuneifolia também sugerem que esta planta seja capaz de
exercer efeitos imunomodulador em ratos, devido à estimulação da produção de óxido nítrico
em culturas de macrófagos e à inibição da proliferação tanto das células do baço tratadas com
agentes mitogênicos (concanavalina A e polissacarídeos), quanto da linhagem de leucemia
linfóide (FERNÁNDEZ et al., 1998).
O gênero Scurrula, na Indonésia, tem sido usado como infusão em fadigas e em
patologias de câncer. Estudos prévios com a espécie Scurrula ferruginea revelou a presença
de flavonóides como a quercetina, quercetrina e o 4-O-acetil-quercetrina, um possível
marcador específico do gênero Scurrula, todos com potente atividade citotóxica frente a
distintas linhagens de câncer humano como a leucemia K562 e o glioblastoma
U251(LOHÉZIC-LE-DÉVÉHAT et al., 2002).
Outras espécies deste gênero, tradicionalmente conhecidas pelos povos indonésios,
como a espécie Scurrula fusca em Sumatra na Ilha Sulawesi e; em Java, a espécie Scurrula
atropurpurea são usadas para o tratamento de câncer (ISHIZU et al., 2001; OHASHI et al.,
2003).
Conhecida como “benalu alus”, Scurrula fusca apresentou da extração de suas folhas
um complexo formado por 20 moléculas de perseitol com um mol de íons de potássio numa
conformação “zig-zag” com arranjo da cadeia carbônica planar. Este complexo, a uma
concentração de 10-4M, exibiu um efeito inibitório na incorporação de leucina marcada com
trítio de 40,3% nas células ascíticas do carcinoma de Ehrlich em camundongos, enquanto que
o perseitol não apresentou atividade (ISHIZU et al., 2001).
No entanto, para os mexicanos, a espécie Psittacanthus calyculatus, conhecida na
Espanha como “muérdago verdadero”, é usada na medicina popular para o tratamento de
hipertensão arterial. Estudos farmacológicos da resposta vasomotora da artéria aorta de ratos,
29
revelou que o extrato hidroalcóolico desta planta induz a liberação de componentes
vasoconstrictores e a síntese/liberação de óxido nítrico no tecido endotelial (RODRÍGUEZCRUZ et al., 2003).
1.3.1 O gênero Struthanthus
Dentre os 74 gêneros de erva de passarinho descritos na família Loranthaceae, o
gênero Struthanthus possui cerca de 60 espécies próprias da América tropical, a grande
maioria localizando-se na América do Sul e, em particular, no Brasil representado com 40
espécies próprias (RIZZINI, 1968).
Este gênero neotropical compreendido pelas espécies S. cansjerifolius, S.
costaricensis, S. leptostachyus, S. oerstedii, S. orbicularis, entre outras, é bastante difundido
no Brasil, nos Estados: Rio Grande do Sul, Paraná; além de São Paulo, Minas Gerais, Goiás e
Bahia; principalmente a espécie S. vulgaris, planta própria das regiões de mata pluvial,
apreciadora de temperaturas mais amenas, muito comum no sul e nas serras do leste
(RIZZINI, 1968).
No campo da medicina popular, em diferentes países, espécies do gênero Struthanthus
são usadas no tratamento de várias enfermidades, por exemplo, na Nicarágua S. cassythoide é
indicada para dor em geral, febre, desordens respiratórias e pulmonares, erupção e feridas na
pele (COE & ANDERSON, 1996). A espécie originária do Brasil e América Tropical, S.
flexicaulis, possui atividades medicinais como energéticos e também é usada para o
tratamento de leucorréia, bronquite e diversos tumores (VIEIRA, et al., 2005).
Uma das ervas de passarinho mais comum, parasitando as árvores ornamentais e
pomares, como laranjeiras e goiabeira no país, usada na medicina popular nas infecções das
vias respiratórias, é a espécie S. vulgaris cujo extrato hidroalcóolico das folhas secas tem
apresentado atividade antimicrobiana frente amostras de bactérias Gram positivas e Gram
negativas (VIEIRA, et al., 2005).
Na Colômbia, algumas ervas, incluindo as ervas de passarinho, são usadas pela
população como antídoto nos casos de envenenamento por picada de cobra, acidente muito
freqüente. Estudo com a planta S. orbicularis demonstrou, in vitro, que 25µg do extrato é
capaz de neutralizar ou reduzir em 65% a formação de edemas causados pelo veneno da
espécie Bothrops asper, com um tempo de coagulação inferior a 100 segundos (NÚÑEZ et
al., 2004).
30
Diante do amplo uso etnofarmacológico das ervas de passarinho, principalmente na
Europa, e dos estudos fitoquímicos citados na literatura, evidenciando alguns metabólitos
especiais presentes nestas plantas hemiparasitas como relevantes agentes quimioterápicos para
o tratamento de várias doenças, incluindo o câncer; como também a abundância da ocorrência
do gênero Struthanthus nas regiões tropicais, sobre tudo no Brasil, esta dissertação de
mestrado enfocou a espécie Struthanthus marginatus amplamente disseminada no estado do
Rio de Janeiro e pouco referenciada na literatura.
1.3.2 A espécie Struthanthus marginatus (Desr.) Blume
A
espécie
Struthanthus
marginatus
(Figura
11),
planta
muito
freqüente,
principalmente, em área urbana é muito disseminada no Estado do Rio de Janeiro e,
particularmente em Seropédica, juntamente com a espécie S. vulgaris as quais têm sido
registradas parasitando as castanheiras, amendoeiras, mangueiras e várias leguminosas, como
por exemplo, no entorno da Lagoa Rodrigo de Freitas (ANDREATA et al., 2001).
Pertencente à família Loranthaceae, Struthanthus marginatus é uma espécie conhecida
popularmente como as demais ervas de passarinho, devido seu modo peculiar de nutrição,
parasitismo, e dispersão, viabilizado por pássaros.
Figura 11. Struthanthus marginatus.
Semelhante às outras espécies deste gênero, principalmente a S. vulgaris, a
hemiparasita S. marginatus é uma planta que habita as partes aéreas de outros vegetais
hospedeiros e os parasitam parcialmente, através de uma ou mais raízes modificadas
31
fisiológica e morfologicamente chamadas de haustórios (Figura 12). Ou seja, as raízes
especiais desta espécie retiram água e sais minerais diretamente do hospedeiro, embora esta
planta seja capaz de realizar fotossíntese (NICKRENT, 2001).
Figura 12. Haustórios, raízes modificadas das plantas do gênero Struthanthus.
Em relação à espécie S. marginatus não existem estudos fitoquímicos e
farmacológicos descritos na literatura, bem como informações do uso na medicina popular.
32
1.4 As Plantas Medicinais na Quimioterapia do Câncer
A busca por agentes anti-câncer de fonte vegetal iniciou-se, na realidade, nos anos
de 1950 com a descoberta e desenvolvimento dos alcalóides da vinca, vincristina e
vimblastina, e o isolamento do produto citotóxico podofilotoxina (Figura 13) (CRAGG &
NEWMAN, 2005). Como resultado, O Instituto Nacional do Câncer dos Estados Unidos
(NCI) iniciou um extensivo programa de coleção de plantas em 1960, focado
principalmente nas plantas da região temperada o que levou a descoberta de muitos
compostos naturais com uma ampla atividade citotóxica (CASSADY & DOUROS, 1980),
incluindo o taxol e a camptotecina (Figura 13) (CRAGG & NEWMAN, 2005).
Neste período foi obtida uma lista de mais de 3000 espécies de vegetais reportadas
para o tratamento do câncer, descrita por Hartwell, embora, em muitos casos, o câncer se
referia a uma “sólida inchação”, como calos, tumores, etc (RARTWELL, 1982).
Este programa de coleção de plantas foi terminado em 1982, porém o
desenvolvimento de novas tecnologias empregadas na bioprospecção dos metabólitos
especiais, conduziu ao restabelecimento da coleção de plantas e de outros organismos em
1986, com um foco nas regiões subtropicais e tropicais do mundo (CRAGG &
NEWMAN, 2005).
No Brasil, o estudo de algumas espécies como as do gênero Tabebuia (família:
Bignoniaceae), muito usadas, historicamente, pelas populações da região amazônica para
o tratamento de diversas doenças como sífilis, febres, malária, infecções cutâneas e
desordens estomacais, foi muito difundido a partir da década de 60 após a descoberta da
eficácia dos extratos da casca destas plantas no tratamento do câncer (CRAGG &
NEWMAN, 2005).
Partir de então, inúmeros compostos bioativos foram isolados das cascas do ipêroxo, Tabebuia heptaphylla, sendo que a atividade antitumoral foi atribuída a alguns
metabólitos especiais, principalmente, à naftoquinona lapachol e outras quinonas, como a
β−lapachona que são, atualmente, objetos de interesse científico e tema de muitas
investigações (SIMÕES et al., 2004).
Outra importante classe dos metabólitos especiais que exibem relevantes
atividades antitumoral e quimiopreventiva são os flavonóides, presentes em todas as
plantas vasculares terrestres. Esta classe química, consumida pela humanidade nas dietas
vegetais, presentes em maior proporção na forma glicosilada, possui propriedades
33
antioxidantes as quais são responsáveis pela proteção contra doenças cardiovasculares e
certos tipos de câncer (ESTEVES-SOUZA et al., 2002).
Estudos das frações flavonoídicas da flora brasileira têm revelado novos agentes
quimioterápicos, como a biflavona (Figura 13) obtida da espécie Ouratea hexasperma
(família Ochnaceae), promissora na inibição da síntese do DNA e de proteínas das células
do Sarcoma 180 (GRYNBERG et al., 1994); como também, o flavonóide tirilosídeo
(Figura 13) isolado da espécie Solanum crinitum (família Solanaceae) citotóxico às
culturas celulares in vitro tanto do carcinoma ascítico de Ehrlich quanto da leucemia
humana K562 (ESTEVES-SOUZA et al., 2002).
Assim, vários estudos vêm sendo realizados em plantas, sobre tudo as indicadas
para combater diferentes tipos de doenças, principalmente o câncer por diversas
civilizações milenares, por exemplo, o estudo das plantas na prevenção e supressão de
vários tumores usadas na medicina tradicional indiana desde o século 7a.C.
(BALANCHANDRAN & GOVINDARAJA, 2005).
34
N
OH
N
H
O
O
O
O
N
O
OH
O
O
O
O
H
N
H
O
O
O
OH O
OH
O
Vincristina
NH
O
OH
H
O
R
O
O
R= CH3
O
O
O
β- Lapachona
Vimblastina R= CHO
Taxol
OH
O
O
O
O
N
H
O
OH
H
N
O
O
O
O
O
O
Lapachol
Camptotecina
O
O
Podofilotoxina
OH
H3CO
O
HO
OH
HO
O
OH
O
HO
O
O
OH
Biflavona
HO
O
OH
O
O
O
O
OH
OH
HO
Tirilosideo
Figura 13. Estruturas dos metabólitos especiais obtidos do estudo das plantas
medicinais.
35
1.4.2 Os alcalóides na quimioterapia do câncer
Um grande número de plantas medicinais usadas popularmente posuem metabólitos
especiais da classe dos alcalóides e são conhecidas por apresentarem-se como importantes
agentes terapêuticos. Como exemplo, podem ser citadas várias espécies de leguminosas
constituídas de isoflavonóides com potente atividade estrogênica, e espécies do gênero
Solanum (Família Solanaceae) contendo alcalóides esteroidáis conhecidos por possuírem uma
variedade de atividades biológicas, incluindo antifúngica, moluscicida a contra certos tipos de
câncer de pele (ESTEVES-SOUZA et al., 2002).
Os primeiros fármacos de origem vegetal para o avanço do uso clínico no tratamento
do câncer foram os alcalóides vincristina e vimblastina, isolados da espécie Catharanthus
roseus (família Apocynaceae), originária de Madagascar, a qual foi muito usada por várias
culturas para o tratamento de diabetes (GUERITTE & FAHY, 2005).
Durante as investigações do extrato de vinca, no final da década de 50, como uma
fonte potente de agente hiperglicêmico, foi verificado a diminuição da produção de células
brancas pela medula óssea (SIMÕES et al., 2004). Posteriormente, foi descoberta sua ação
contra um tipo de leucemia, em ratos. Estes alcalóides foram isolados e são usados como
agentes primariamente em combinação com outros agentes quimioterápicos para o tratamento
de leucemias, linfomas, câncer de próstata, pulmão, mama e sarcoma de Kaposi; assim como
seus análogos semi-sintéticos, vinorelbina e vindesina (CRAGG & NEWMAN, 2005).
Outro importante alcalóide usado clinicamente na quimioterapia do câncer é a
camptotecina, isolada da espécie Camptotheca acuminata (família Nyssaceae), uma árvore
ornamental chinesa (RAHIER et al., 2005). No final da década de 50, foi verificada atividade
antitumoral do extrato etanólico do tronco desta árvore (SIMÕES et al., 2004); e na década de
70, camptotesina foi desenvolvida para o uso clínico pelo Instituto Nacional do Câncer dos
Estados Unidos (CRAGG & NEWMAN, 2005).
No entanto, devido à sua alta toxidez e a baixa solubilidade, a camptotecina foi
abandonada, iniciando-se novas pesquisas na preparação dos derivados mais eficientes, o
topotecano e o irinotecano, ambos usados atualmente no tratamento do câncer de ovário e de
pulmão e, no câncer colo-retal, respectivamente (CRAGG & NEWMAN, 2005).
Outros compostos derivados das plantas (Figura 14), em uso como agentes antitumorais, da classe dos alcalóides são os: homo-harringtonina, isolado de uma árvore chinesa,
a Cephalotaxus harringtonia var. drupacea (família Cephalotaxaceae) e; o eliptinium, um
derivado da elipticina, substância isolada das espécies de vários gêneros da família
36
Apocynaceae. Na China, uma mistura racêmica de harringtonina e homo-harringtonina é
usada para o tratamento de leucemia crônica e aguda, enquanto que na França, o eliptinium é
comercializado para o tratamento de câncer de mama (CRAGG & NEWMAN, 2005).
A família dos bis-alcalóides conhecida genericamente como indirubina é o principal
constituinte da espécie Indigofera tinctoria, um produto da medicina chinesa usado no
tratamento de leucemia crônica. São moléculas derivadas dos alcalóides indólicos que
conferem à planta a cor azul escura (púrpura), estes compostos foram os primeiros usados
pelo homem como inibidores na síntese de proteínas importantes na regulação do ciclo celular
(NEWMAN et al., 2002).
A síntese de substâncias fundamentada nos agentes naturais com propriedades
antitumorais, principalmente os alcalóides, tem-se mostrado promissora no desenvolvimento
de novas drogas para o uso clínico. A roscovitina é um derivado resultante da modificação
estrutural do alcalóide olomucina isolado do cotilédone de rabanete (Raphanus sativus,
família Brassicaceae), é um inibidor do desenvolvimento do ciclo celular mais potente que
seu precursor natural e, encontra-se na fase II dos testes clínicos na Europa (CRAGG &
NEWMAN, 2005).
Muitos destes produtos naturais e seus derivados descobertos nos ensaios citotóxicos
contra o crescimento de diversas linhagens de câncer têm mostrado sua ação através da
interação com a tubulina, como a vincristina, vinblastina, colchicina, combretastatina e
maitansina. No caso dos terpenos da classe dos taxanos, a ação citotóxica ocorre via
“empacotamento” da tubulina, impedindo a despolimerização da mesma. Outra ação
citotoxica é a inibição da enzima topoisomerase I, fundamental na síntese do DNA, exercida
pelos derivados da camptotecina, topotecano e irinotecano (CRAGG & NEWMAN, 2005).
37
N
N
OH
N
H
O
N
H
O
N
O
O
O
H
N
H
O
H3C
HO
N
O
H
OH
OH
O
OH
H
O
H3C
NH2
N
O
N
O
N
H
O
O
Vindesina
Vinorrelbina
Eliptinium
N
N
HO
N
O
N
O
O
N
CH3
O
N
N
N
N
O
O
H
O
O
Irinotecano
Topotecano
O
O
CH3
Elipticina
O
O
HO
H
N
HN
O
HO
N
N
O
O
O
Homoharrigtonina
O
HN
HN
N
HO
Roscovitina
N
N
N
HO
N
H
N
N
Olomucina
Figura 14. Algumas estruturas dos alcalóides isolados das plantas medicinais,
derivados semi-sintéticos e alguns análogos.
38
1.4.1 O câncer
O câncer é uma terrível e antiga doença que no século 20 fora diagnosticada como
um das principais causas de mortes e vem difundindo-se de forma contínua, aumentando
sua incidência no século 21 (BALANCHANDRAN & GOVINDARAJA, 2005). Dados do
INCA mostram que o envelhecimento da população indica um aumento na expectativa de
vida no Brasil e, com isto, a maior incidência de doenças crônico-degenerativas
(FONSECA et al., 2000), dentre elas, o câncer o qual se encontra como a segunda causa
de morte (INCA, 2006).
Câncer é o nome dado a um conjunto de mais de 100 doenças que têm em comum
o crescimento desordenado (maligno) de células que invadem os tecidos e órgãos,
podendo espalhar-se (metástase) para outras regiões do corpo (Esquema 3). Dividindo-se
rapidamente, estas células tendem a ser muito agressivas e incontroláveis, determinando a
formação de tumores (acúmulo de células cancerosas) ou neoplasias malignas. Por outro
lado, um tumor benigno significa simplesmente uma massa localizada de células que se
multiplicam vagarosamente e se assemelham ao seu tecido original, raramente
constituindo um risco de vida (INCA, 2006).
Esquema 3 - Formação do câncer e desenvolvimento de metástase.
39
Os diferentes tipos de câncer ocorrem em função da variada natureza das células
do corpo. Por exemplo, existem diversos tipos de câncer de pele porque esta é formada de
mais de um tipo de célula. Se o câncer tem início em tecidos epiteliais, como pele ou
mucosas, ele é denominado carcinoma. Se começa em tecidos conjuntivos como osso,
músculo ou cartilagem é chamado de sarcoma (INCA, 2006).
Investigações científicas multidisciplinares têm sido conduzidas com muitos
esforços para combater esta doença, mas a cura perfeita ainda não foi conseguida dentro
do mundo da medicina (BALANCHANDRAN & GOVINDARAJA, 2005).
Um dos maiores problemas para a cura de muitos pacientes é a resistência
intrínseca ou adquirida de diversos tipos de câncer aos agentes quimioterápicos (HUANG
et al., 2003). Células tumorais resistentes a uma variedade de compostos citotóxicos,
fenômeno conhecido como resistência a múltiplas drogas (MDR), são os maiores
obstáculos para o sucesso da quimioterapia; além de envolver a resistência simultânea a
um número de drogas relacionadas tanto funcionalmente como estruturalmente
(WAGNER-SOUZA et al., 2003).
Um dos mecanismos de resistência a múltipla drogas apresentada por linhagens de
células tumorais está associado com a diminuição intracelular do acúmulo da droga e a
presença de uma glicoproteína transmembrana de 170 KDa, glicoproteína-P (Pgp), a qual
funciona como uma bomba dependente de energia (ATP) responsável pela extrusão de
dentro da célula do agente quimioterápico (DEVITA et al., 1993).
Entretanto, os agentes antineoplásicos conhecidos, são usados para o tratamento do
câncer quando a cirurgia ou radioterapia não é possível ou é ineficaz, como adjuvantes
para cirurgia ou em leucemias, como tratamento inicial. Sendo que a ação terapêutica
destes agentes é curativa em poucos casos, porém exerce uma ação paliativa sobre os
sintomas ou prolonga a vida dos doentes (FONSECA et al., 2000).
Os fármacos podem atuar nas fases de replicação das células carcinogênicas
envolvendo o ciclo celular: a fase pré-sintética (G1), a síntese de ADN (S), a pós-sintética
(G2) e a mitose (M); sendo que os fármacos inespecíficos de fase agem sobre a célula
durante todo o seu ciclo, enquanto que os específicos de fase atuam, preferencialmente,
em uma ou mais fases fora do repouso (FONSECA et al., 2000).
Alguns compostos antineoplásicos agem interrompendo a proliferação das células
segundo características de suas estruturas químicas ou pela função em nível celular. Desta
40
forma, os agentes alquilantes podem reagir com os centros nucleofílicos de várias
moléculas como proteínas e enzimas e, pelo seu caráter bifuncional ou trifuncional,
permitem estabelecer ligações cruzadas com o ADN de cadeia dupla impedindo a
replicação (FONSECA et al., 2000).
Os agentes antimetabólicos, geralmente análogos às bases purinas, pirimidinas ou
ao ácido fólico, exercem seus efeitos devido às semelhanças estruturais e funcionais com
os metabólitos envolvidos na síntese dos ácidos nucléicos. Como são confundidos pela
célula como metabólitos normais, tanto podem ser incorporados ao ácido nucléico e
produzir códigos incorretos, como podem inibir as enzimas envolvidas na síntese dos
ácidos nucléicos, inibindo a síntese de ADN e, consequentemente, levando à morte celular
(FONSECA et al., 2000).
Alguns fármacos antineoplásicos de origem natural podem agir tanto de forma
inespecífica, atuando sobre as proteínas microtubulares e inibindo a mitose como os
alcalóides da vinca e seus derivados semi-sintéticos; quanto de maneira mais específica,
como os fármacos derivados do Podophyllum, capazes de formarem um complexo com a
enzima DNA topoisomerase II, necessária para o término da replicação do ADN
(FONSECA et al., 2000).
Após sofrerem injúrias, a morte das células cacirnogênicas pode ocorrer, conforme
os demais tecidos do organismo ou as doenças neurodegenerativas, ao longo de dois
distintos processos: necrose e apoptose. A necrose ocorre como conseqüência de respostas
imunológicas inflamatórias e patológicas do tecido injuriado implicando no rompimento
da membrana plasmática e mitocondrial, rápida deterioração bioenergética, turgência e
lise celular (BRAUER, 2003).
Ao contrário, apoptose envolve a morte programada da célula, um processo
fisiológico em que não há formação de inflamação e requer energia (ATP) para manter a
integridade celular, implicando na fragmentação nuclear e condensação da cromatina,
estes quando retraídos, permite que todo matérial celular seja compartimentalizado dentro
dos corpúsculos apoptóticos os quais são fagocitados por macrófagos e outras células
adjacentes (BRAUER, 2003).
41
2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVO
Diante de estudos provenientes de pesquisas desenvolvidas em nosso laboratório
que tem como objetivo estudar plantas com possível utilização no tratamento do câncer e
a preparação de moléculas potencialmente ativas, utilizando produtos naturais como
precursores, este trabalho abrange uma série de experiências visando o estudo das espécies
Piper nigrum (Piperaceae) e Struthanthus marginatus (Loranthaceae).
Estudos envolvendo nosso grupo de pesquisa relatam na literatura, evidências da
atividade tóxica da piperina frente ao Tripanosoma cruzi, agente etiológico da doença de
Chagas (RIBEIRO, et al., 2004). Diante desses resultados outro trabalho de dissertação de
mestrado, mais recente, envolveu a síntese de compostos análogos e derivados da
piperina, os quais se mostraram ativos frente a este protozoário (BARRETO-JUNIOR,
2005). Assim, diante da similariadade na atividade de composto frente células
tripanosomatídeas e tumorais, as quais apresentam um elevado fator de crescimeto (DA
SILVA, et al., 2002), este trabalho direcionou o estudo da espécie Piper nigrum, da
piperina e da série sintética para a avaliação da atividade citotóxica frente ao carcinoma
ascítico de Ehrlich.
A utilização de extratos de ervas de passarinho, principalmente da espécie Viscum
album (Viscaceae), para o tratamento de diversas doenças, especialmente contra o câncer
é conhecido por mais de 80 anos na Europa (MANSKY et al.,2003). Estudos recentes
atribuem importantes propriedades anticarcinogênicas a esta espécie, o que tem conduzido
às pesquisas mais recentes aos estudos químicos e biológicos de outras plantas parasitas.
Diante dos relatos na literatura e da abundância da espécie tropical Struthanthus
marginatus no Estado do Rio de Janeiro, foram preparados extratos desta planta para
estudos químicos e biológicos quanto a sua citotoxicidade frente às células do EAC.
Assim, os principais objetivos deste trabalho foram:
9
Avaliar a atividade citotóxica frente às células do carcinoma ascítico de
Ehrlich do extrato alcoólico dos frutos da espécie Piper nigrum e da amida
42
majoritária, a piperina, como também das séries sintéticas dos derivados e análogos à
amida natural;
9
Evidenciar qual processo de morte celular é induzido pela ação
citotóxica da piperina, seus análogos e derivados;
9
Determinar os parâmetros hidrofóbicos (RMw) e (ClogP) para a piperina
e seus derivados, correlacionando-os com sua atividade citotóxica frente as células do
carcinoma ascítico de Ehrlich;
9
Analisar qualitativamente a composição das principais classes de
metabólitos especiais presentes nas folhas, caules e haustórios da espécie Struthanthus
marginatus;
9
Avaliar a atividade citotóxica dos extratos da espécie Struthanthus
marginatus frente às células do carcinoma ascítico de Ehrlich.
43
3 PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Equipamentos
3.1.1 Preparação dos extratos
Foi utilizada a aparelhagem de Soxhlet para a obtenção do extrato do fruto de Piper
nigrum.
O evaporador rotatório da marca Fisatom, modelo 802, foi utilizado para concentrar,
sob vácuo, tanto o extrato do fruto de Piper nigrum quanto os extratos obtidos da espécie
hemiparasita Struthanthus marginatus.
3.1.2 Ensaios biológicos
O material biológico foi esterilizado em autoclave e os ensaios citotóxicos foram
realizados em câmara de fluxo laminar contínuo estéril.
As culturas in vitro de células foram mantidas em câmara de CO2 Shel Lab 2123TC.
A análise dos ensaios foi mensurada de acordo com as absorbâncias na região do
visível, lidas em espectrofotômetros DMS 80 da Varian e leitora de Elisa Molecular Devices
com filtro de 490 nm. Também foi usado o citômetro de fluxo Epics Elite (Couter, Hialeach,
EUA) para análise de citometria.
A pesagem do material foi realizada em balança de precisão com quatro casas
decimais da OHAUS.
Utilizou-se o microscópio Carl Zeiss para contagem de células e citocentrífuga CT12
para aderi-las às lâminas.
44
3.2 Reagentes e Solventes
3.2.1 Preparação dos reagentes específicos para triagem fitoquímica
As principais classes de metabólitos especiais de Struthanthus marginatus puderam ser
evidenciadas através de reações que indicam sua presença ou ausência nos extratos analisados
com os reagentes citados a seguir, assim como a preparação dos reagentes utilizados (Mattos,
1997).
Alcalóides
9
Reagente de Dragendorff
Solução A: 0,85g de subnitrato de bismuto
10ml de ác. acético glacial
40ml de água destilada
Solução B: 8,0g de iodeto de potássio
20ml de água destilada
9
Reagente de Mayer
1,4g de cloreto de mercúrio
5,0g de iodeto de potássio
100ml de água destilada
Glicosídeos cardíacos
9
Reagente de Kedde
Solução I: 2,0g de ác. 3,5-dinitrobenzóico
100ml de metanol
Solução II: 5,7g de hidróxido de potássio
150ml de água destilada
Açúcares redutores
9
Reagente de Fehling
Solução A: 17,32g de sulfato de cobre
250g de água destilada
Solução B: 86,5g de tartarato de sódio e potássio
62,5g de hidróxido de potássio
250ml de água destilada
Ácidos orgânicos
9
Reagente de Pasková
Solução A: 0,075g de verde de bromo cresol
45
0,025g de azul de bromo fenol
100ml de metanol
Solução B: 0,25g de permanganato de potássio
0,5g de carbonato de sódio
100ml de água destilada
Outros reagentes utilizados
HCl 1%, HCl conc., HCl 1N, NaOH 2N, NaOH 20%, MeOH, clorofórmio,
cloridrato de hidroxilamina 10%, KOH em MeOH 10%, éter etílico, cloreto férrico1%,
solução de bórax, vanilina 1%, fita de magnésio.
3.2.2 A piperina, análogos e derivados
A amida natural, piperina, os seus análogos e derivados usados neste trabalho (Figura
15), foram isolados e sintetizados por Cleber Bomfim Barreto Junior, durante o seu trabalho
de dissertação de mestrado no PPGQO da UFRRJ (BARRETO-JUNIOR, 2005).
O
O
O
N
O
O
O
N
O
1
O
N
50
O
49
O
O
N
O
O
52
O
O
O
O
N
O
51
O
O
Br
53
O
O
N
CH3 O
N
55
NO 2 54
CH3 O
56
O
N
57
N
CH3 O
O
(CH3 )2CHO
N
CH3 O
C 6H 5O
N
58
Figura 15. Piperina, derivados e análogos.
46
3.2.3 Cromatografia em camada fina e de coluna filtrante
Os solventes usados na cromatografia em camada fina e de coluna filtrante foram
todos de grau P.A. da Vetec ou Grupo Química, sendo eles: acetona, diclorometano, acetato
de etila e metanol.
3.2.4 Ensaios biológicos
Nos ensaios para avaliação da atividade citotóxicas foram usados meio de cultura e
reagentes da marca Aldrich e Sigma: RPMI 1640, soro fetal bolvino, DMSO, brometo de 3[4,5-dimetiltiazol]-2,5-difenil-tetrazólio (MTT) e isopropanol.
No ensaio de LDH fez-se o uso da solução tampão 140mM NaCl, 2,5mM CaCl2 e
10mM Hepes (Sigma) e componentes do kit para determinação de desidrogenase láctica
(Doles).
3.3 Material Vegetal
3.3.1 Obtenção do extrato de Piper nigrum (Piperaceae)
O extrato de Piper nigrum foi obtido a partir de 50g dos frutos secos de pimenta-doreino adquirida no comercio local, após aproximadamente 4h de extração com 500ml de
etanol P.A., auxiliada com aparelhagem de Soxhlet. A solução etanólica obtida, equivalente à
500ml, foi concentrada em evaporador rotatório até eliminar todo o solvente orgânico,
resultando em um resíduo viscoso e aromático (RIBEIRO, 2004).
3.3.2 Obtenção dos extratos de Struthanthus marginatus (Loranthaceae)
Reconhecimento Botânico
O espécime coletado por Pissinate, K. foi identificado pela pesquisadora Prof.a Dr.a
Regina Helena P. Andreata da Universidade Santa Úrsula e sua exsicata com o seguinte
código de registro RB 415.504, foi confeccionada e depositada no Herbário do Jardim
Botânico do Rio de Janeiro (RB) pelo estudante Alexandre Gabriel Christo (UFRRJ), bolsista
de iniciação científica do Jardim Botânico do Rio de Janeiro e pela Prof.a Dr.a Rejan R.
Guedes-Bruni do Jardim Botânico do Rio de Janeiro.
47
Coleta e Moagem
O material vegetal em estudo, a espécie Struthanthus marginatus, foi coletado no
bairro Ecologia da cidade de Seropédica, Rio de Janeiro. Precisamente, esta erva de
passarinho foi retirada da parte aérea da Mangifera indica (Anacardiaceae), planta hospedeira
desta hemiparasita.
A planta in natura, caules, folhas e haustórios, foi lavada e seca à temperatura
ambiente, em seguida, levada ao moedor mecânico, obtendo-se 810g de material vegetal
pulverizado.
Extrato em acetato de etila
O extrato da planta inteira foi obtido através da extração realizada via percolação a frio
das 810g de S. marginatus secas e moídas com acetato de etila (5x 3l) e éter de petróleo (3x
2l), com o objetivo de extrair ao máximo os metabólitos contidos na planta.
Utilizou-se um balão de fundo chato de 6 litros no qual foram adicionadas,
primeiramente, 810g do material vegetal e, sucessivamente, o acetato de etila (3x 3l) seguido
do éter de petróleo (3x 2l), durante 24 horas para cada extração.
Após o tempo de cada percolação, utilizando um funil de separação de sólidos
acoplado a uma mufa sustentada por uma haste, foi recolhido o material filtrado com um
becher de 500ml e transferido para um balão de 1000ml o qual foi submetido a evaporação
sob pressão reduzida.
Este procedimento repetiu-se até o término da última percolação com o éter de
petróleo, obtendo-se no balão um volume de aproximadamente 200ml do extrato concentrado
o qual foi dissolvido numa mistura de acetona/água (3/2) e estocado à 4oC para que ocorresse
a precipitação de poucos pigmentos lipossolúveis (LOHÉZIC-LE DÉVÉHAT et al., 2002).
Posteriormente, com um funil de sólidos, o material foi novamente filtrado para
separar a pequena porção de precipitado floculoso verde que havia se formado. A porção
líquida foi submetida à evaporação sob pressão reduzida, obtendo-se finalmente 2,33g de
extrato bruto concentrado.
48
Extratos hidroalcoólicos
Os extratos hidroalcóolicos (Tabela 4) das diferentes partes da erva de passarinho
foram preparados para o estudo de triagem fitoquímica.
Os hautórios (30g), o caule (50g) e as folhas (50g) foram adicionados aos frascos
contendo, respectivamente, 300, 500 e 500ml de solução aquosa constituída de 40% de etanol
P.A. (v/v), após serem lacrados, os frascos ficaram reservados por sete dias ao abrigo da luz.
Depois deste período, o material vegetal de cada frasco foi filtrado e a solução submetida à
evaporação sob pressão reduzida para a obtenção do extrato bruto correspondente. Os extratos
ainda pastosos foram levados à estufa com temperatura regulada a 40oC para secagem plena
devido à grande quantidade de água.
Tabela 4. Extratos hidroalcóolicos obtidos dos haustórios, caule e folhas de
Struthanthus marginatus.
Massa (g)
Rendimento (%)
Haustórios
3,313
4,98
Caule
2,859
6,52
Folhas
3,917
15,96
EXTRATOS
3.4 Separação Cromatográfica
Das 2,33g do extrato concentrado obtido de S. marginatus, foram utilizados cerca de
1,00g em um sistema cromatográfico em coluna aberta cujo adsorvente usado foi o gel de
sílica (230 - 400 Mesh), na fase fixa e, solventes com gradiente de polaridade, na fase móvel.
Preparou-se uma pastilha adicionando ao extrato bruto de erva de passarinho acetona
para suspendê-lo, dissolvendo parte do extrato. Em seguida, acrescentou-se a sílica (230 - 400
Mesh) aos poucos até a obtenção da pasta úmida, que após a evaporação do solvente se
caracterizou em uma pastilha.
A coluna foi preparada com o auxílio de um bastão de vidro com o qual foi colocado
um algodão no fundo da coluna, posteriormente, com um funil de sólido foram adicionadas
cerca de 35g da sílica de mesma granulometria umedecida com o diclorometano; em seguida,
completou-se o volume da coluna com o mesmo solvente e abriu-se a torneira para poder
homogeneizar a sílica. Adicionou-se a pastilha seca sobre a sílica embebida no solvente,
finalizando com a adição de um algodão por cima da pastilha.
49
O extrato foi cromatografado para a obtenção das diferentes frações, usando como
eluentes: inicialmente, o diclorometano (2l), obtendo a primeira fração (F-CH2Cl2);
posteriormente, adicionou-se o segundo eluente, o acetato de etila (3l), reservando a primeira
metade uma fração (F1- AcOEt), e no término, uma terceira fração (F2- AcOEt) e; por último,
a eluição foi realizada com metanol (3l), na qual resultou a quarta fração (F-MeOH) desta
coluna (Esquema 1).
Através da cromatografia em camada fina, as frações foram agrupadas de acordo com
a semelhança entre os fatores de retensão (Rf) de suas amostras aplicadas e eluídas, segundo o
solvente com a polaridade na qual foram coletadas. Obteve-se um total de 4 grupos
classificados de acordo com o solvente no qual foram extraídos (Esquema 1).
Extrato de acetato e éter
S. marginatus (1,0g)
Gel de Sílica: 230 - 400 Mesh
Coluna: 70 cm de altura
Diâmetro: 2 cm
Sistema de eluição: CH2Cl 2
Sistema de eluição: AcOEt
MeOH
F-CH2Cl2
70,4mg
F1- AcOEt
123,1mg
Ensaios biológicos
Sistema de eluição: MeOH
F2- AcOEt
54,4mg
F-MeOH
287,8mg
Esquema 4. Obtenção das frações do extrato de S. marginatus para ensaios
biológicos.
50
3.5 Triagem Fitoquímica
Os testes de bioprospecção hidroalcóolico dos principais metabólitos especiais
presentes na espécie Struthanthus marginatus foram realizados segundo metodologia descrita
por MATTOS com os extratos de caule, folha e haustório, separadamente, utilizando os
reagentes e as soluções descritos no item 3.2.1 (MATTOS, 1997).
3.6 Determinação dos Parâmetros Hidrofóbicos
3.6.1 Método cromatográfico
Os valores de refratividade molar (RM) foram determinados por cromatografia de
camada fina em fase reversa a partir da determinação dos valores de Rf (razão entre a distância
percorrida pela amostra a partir do ponto de aplicação até o meio da mancha pela distância
percorrida pela mistura de eluentes a partir do ponto de aplicação da amostra, Figura 16),
mensurados com a utilização de placas de cromatografia em da marca Uniplate Analthec,
RPS-F, 250 microns. A fase móvel utilizada foi uma mistura de acetona com solução tampão
fosfato (0,01M; pH = 7,4) em oito concentrações diferentes as quais variaram de 35 a 70% em
relação à acetona.
As soluções de aplicação foram preparadas utilizando-se 3mg de cada amostra em 1ml
de acetona P.A.. A solução tampão utilizada foi preparada em um balão volumétrico de
1000ml no qual foram adicionadas 19,4ml da solução de fosfato de sódio monobásico monohidratado (NaH2PO4.H2O) a 0,1M e 30,6ml da solução de fosfato de sódio dibásico heptahidratado (Na2HPO4.7H2O) a 0,1M. O volume final foi completado com água destilada e o pH
da solução final foi determinado (MELLO, 2000).
Após preparadas as soluções, o procedimento deste experimento sucedeu-se em placas
de CCF em fase reversa (20 x 20cm) onde foram aplicados 2µl de cada uma das soluções das
amostras, com o auxílio de uma micro seringa de vidro. A aplicação foi a 2cm da base da
placa e a altura máxima de migração das amostras sobre a mesma foi padronizado em 8cm.
Após a evaporação dos solventes, através da lâmpada mineralight na região do ultra-violeta,
os derivados foram detectados.
Os valores de Rf (Tabela 4) de cada amostra foram determinados, conforme a Equação
1 e em duplicata, a partir dos quais puderam ser calculados, através da Equação 2 (Figura 16),
os valores de RM (Tabela 9, Resultados e Discussão).
51
Rf = a/8
Equação 1
RM = log (1/ Rf – 1)
Equação 2
Frente do
solvente
8cm
a
2cm
Aplicação da
amostra
Figura 16. Determinação dos valores de Rf.
52
Tabela 5. Valores médios de Rf determinados para a piperina e seus derivados.
Valores de Rf
% tampão fosfato: acetona
Compostos
30:70
35:65
40:60
45:55
50:50
55:54
1
0,937
0,887
0,837
0,700
0,675
0,650
0,450
0,362
49
0,937
0,925
0,875
0,787
0,787
0,737
0,587
0,525
50
0,937
0,812
0,775
0,512
0,587
0,412
0,325
0,150
51
0437
0,412
0,325
0,312
0,287
0,212
0,112
0,075
52
0,937
0,850
0,700
0,662
0,662
0,550
0,387
0,362
53
0,937
0,787
0,775
0,512
0,487
0,350
0,275
0,162
54
0,937
0,850
0,787
0,625
0,612
0,487
0,400
0,287
55
0,937
0,875
0,850
0,650
0,637
0,537
0,437
0,312
56
0,937
0,900
0,762
0,762
0,750
0,700
0,600
0,487
57
0,937
0,837
0,787
0,637
0,562
0,487
0,400
0,287
58
0,937
0,725
0,725
0,525
0,387
0,237
0,237
0,125
60:40
65:35
Legenda da tabela:
1- piperina
52- amida THP
56- amida metil
49- derivado
53- Br THP
57 amida isopropil
50- piperetina
54- nitro THP
58- amida benzil
51- dienoamina
55- amida fenil
3.6.2 Clog P
Os valores de ClogP foram obtidos, para todos os compostos, teoricamente através do
programa de domínio público disponibilizado através da página “daylight” acessada na
internet (www.daylight.com/daycgi/clogp), capaz de simular o valor do coeficiente de
partição logP obtido no sistema octanol/água.
53
3.7 Ensaios Biológicos
3.7.1 Células e animais
As células utilizadas foram do carcinoma ascítico de Erhlich, sendo mantidas em
camundongos SW e BALBc, machos ou fêmeas, segundo normas éticas internacionais.
3.7.2 Determinação da atividade citotóxica
Os ensaios biológicos para avaliar a atividade citotóxica in vitro foram realizados
segundo o modelo baseado no método do MTT (brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5difeniltetrazólio) o qual consiste na medida do dano induzido pela droga no metabolismo
celular de glicídeos, principalmente, na atividade de desidrogenases (MOSMANN, 1983).
Procedimento
Os ensaios em triplicata foram realizados em meio de RPMI suplementados com 5%
de soro fetal bovino com até 0,5% de DMSO, em ordem decrescente de concentração. Para os
extratos e as frações, a concentração usada variou de 12,5 a 100 µg/ml e, para a piperina e os
compostos sintéticos, as concentrações variaram de 33 a 415µM, conforme o peso molecular
de cada substância.
As culturas foram mantidas sob atmosfera de 5 % de CO2 a 37 oC por 48 h, em
seguida, incubadas com 10 µl de MTT por 3h sob mesma condição atmosférica. Ao término
deste tempo, adicionou-se 100 µl de isopropanol acidificado para dissolver a formazana
formada. A leitura para avaliar a ação citotóxica foi realizada em espectrofotômetro de UV a
570nm, permitindo-nos calcular através da leitura de absorbância os valores de percentagem
de inibição de cada composto ensaiado.
O valor de IC50 (concentração que inibe em 50% o crescimento celular) de cada um
dos compostos, extratos ou frações ensaiados foi obtido através do método de Reed &
Muench (BIER, 1965).
3.7.3 Ensaio em citômetro de fluxo
A cultura de células do carcinoma ascítico de Ehrlich foi encubada com as drogas e
mantida sob atmosfera de 5% de CO2 a 37oC por 24 horas. Após este tempo, foram reservadas
amostras de 50µl de cada droga em eppendorff no qual foram adicionados 200µl de solução
tampão (10mM HEPES, 140mM NaCl, 2,5mM CaCl2, pH 7,4) para lavagem das células
ensaiadas (PINHEIRO, 2004).
54
As amostras foram centrifugadas (1500 rpm/3 minutos) e o sobrenadante descartado.
Adicionou-se 570µl de tampão e 30µl de anexina, agitou-se, reservando a mistura por 20
minutos para que ocorresse a incorporação da anexina à glicoproteína P presente na
membrana celular. Depois, foram transferidos 40µl de cada amostra para os tubos de análise
no citômetro de fluxo, acrescidos de 100µl de tampão. Os dados foram analisados no
programa WinMDI (multiple document interface flow cytometry application) versão 2.8,
desenvolvido por Joseph Trotter, do The Seripps Research Institute (La Jolla, EUA)
(PINHEIRO, 2004).
3.7.4 Ensaio com a desidrogenase láctica (LDH)
Após o tempo de 24h de incubação dos compostos com a cultura de células do
carcinoma ascítico de Ehrlich sob atmosfera de 5% de CO2 a 37oC, o sobrenadante da cultura
celular ensaiada foi submetida ao sistema colorimétrico para determinação de desidrogenase
láctica (LDH), utilizando-se o kit de Desidrogenase Láctica Doles, adaptado para o ensaio em
microplacas de 96 poços (CHAVES, 2005).
Procedimento
As células foram centrifugadas e 50 µl do sobrenadante de cada amostra foi
transferido à outra placa (96 poços), na qual foi adicionado 100µl da amostra 1 (indicada a
seguir) reservando-a por 3 minutos à 37 oC para que o substrato lactato seja reduzido pela
enzima LDH à piruvato. Em seguida, adicionou-se 100µl da amostra 2 (indicada a seguir),
reservando por mais 9 minutos à 37 oC, para ocorrer a formação do complexo corado,
conforme ilustra o Esquema 4.
1.
Lactato + NAD
NADH + piruvato
2.
NADH + FMS
NAD + FMS reduzido
3.
FMS red. + alúmen férrico
4.
Alúmen ferroso + 1,10-fenantrolina
FMS + alúmen ferroso
complexo corado
Esquema 5. Determinação da desidrogenase láctica
55
A leitura para determinar a atividade da enzima LDH foi realizada em leitora de Elisa
em filtro de 490mn e os resultados expressos como densidade óptica (OD), permitiram que
fossem calculadas suas respectivas percentagens de liberação específica de LDH (Equação 3).
% de lib. específica = (DOexp – DOo / DO100 – DOo) x 100
Equação 3
DOexp = quantidade de LDH liberada, experimentalmente, quando as células foram tratadas com as drogas;
DOo = quantidade de LDH liberada espontaneamente;
DO100 = quantidade de LDH liberada quando as células foram tratadas com 0,1% de Tritton X-100.
As amostras com suas respectivas misturas de reagentes são descrita a seguir.
Amostra 1: solução estoque
250ml de alúmen férrico (ALF) ---- 4250ml (Vol. Final)
4000ml de substrato (lactato) -- 4250ml (Vol. Final)
Amostra 2: solução estoque
Difosfopiridino nucleótido (NAD)
Fenazina metosulfato (FMS)
Diluídos 1:20 (v/v) em água destilada
56
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Estudo da Espécie Piper nigrum, Piperina, Análogos e Derivados
O extrato bruto de Piper nigrum e seu metabólito especial majoritário, a piperina
isolada na forma de cristais amarelo-claros (RIBEIRO, 2004), foram ambos avaliados quanto
à suas propriedades citotóxicas frente ao carcinoma de Ehrlich.
A literatura registra a atividade citotóxica, também frente ao carcinoma de Ehrlich, do
extrato alcóolico da espécie Piper longum e da piperina pura, representada com os valores de
IC50 equivalentes a 100µg/ml para o extrato e, para a amida natural, encontra-se entre 100 a
250µg/ml, concentração esta relativa a 15 e 85% de inibição do crescimento celular,
respectivamente (SUNILA & KUTTAN, 2004).
Os resultados obtidos, nesta dissertação, confirmam a citotoxidade de espécies do
gênero Piper, em particular a espécie Piper nigrum, sobretudo da amida natural, a piperina,
que serão apresentados adiante.
Os análogos sintéticos da piperina 1, ensaiados neste trabalho, apresentam as seguintes
especificidades estruturais: a piperetina 50 com expansão quanto ao número de carbono da
cadeia insaturada, a amida tetraidropiperina 52 com a cadeia carbônica saturada e, os
derivados substituídos na posição 6 do anel aromático por bromo 53 e por um grupamento
nitro 54 (Figura 17), foram obtidos por modificação estrutural a partir da piperina
(BARRETO-JUNIOR, 2005), assim como a amina insaturada 51 (RIBEIRO, 2004).
O
O
O
O
N
O
N
50
O
1
O
O
O
N
O
N
O
51
52
O
O
O
O
N
Br
53
O
O
N
NO2 54
Figura 17. Piperina 1 e seus análogos de modificação estrutural.
57
Outros derivados da amida natural, a amida cinamoil substituída 49, a amida fenil sem
a presença do grupamento metilenodioxi 55 e as amidas, com o anel metilenodióxi aberto e
substituído por outros grupos alquilas, metil 56, isopropil 57 e benzil 58 (Figura 18), foram
sintetizados a partir do eugenol e safrol (BARRETO-JUNIOR, 2005), completaram os dez
compostos analisados frente à atividade citotóxica, comparados à bioativadade da piperina.
H3CO
O
HO
O
Eugenol
Safrol
O
O
N
O
49
O
CH3 O
O
N
CH3 O
55
N
56
O
O
CH3 O
(CH3 )2CHO
N
57
CH3 O
C 6H5CH 2O
N
58
Figura 18. Estrutura das amidas alcalóidais sintetizadas a partir do eugenol e do
safrol.
58
4.1.1 Atividade biológica
O câncer, conforme citado na introdução desta dissertação, é uma terrível doença que
se incide no século 21 exorbitantemente, e tem conduzido a intensas investigações científicas
multidisciplinares visando seu controle e conseguir a cura .
Uma das formas para a compreensão dos mecanismos que envolvem o
desenvolvimento de uma neoplasia são os estudos com os tumores experimentais de animais
mantidos em laboratórios, através do transplante de células carcinogênicas a hospedeiros
susceptíveis (VERLENGIA, 1994).
A utilização dos tumores experimentais, principalmente, o carcinoma ascítico de
Ehrlich (EAC), um tumor espontâneo da região mamária de camundongo fêmea, descrito por
Ehrlich em 1906, foi um dos grandes avanços para a compreensão da neoplasia devido a sua
conversão da forma sólida para a forma ascítica, possibilitando estudá-lo sob vários pontos de
vista. Atualmente, o carcinoma de Ehrlich é considerado um modelo tumoral experimental,
sendo utilizado na avaliação da atividade e do mecanismo de ação antitumoral de diferentes
compostos (VERLENGIA, 1994).
A atividade citotóxica da piperina, análogos e derivados, modificados sobre a função
nitrogenada (amida), a cadeia lateral (tamanho e insaturação) e o padrão de substituição do
anel aromático, foi avaliada frente às células do EAC (Tabela 6), visando à obtenção de novas
substâncias potencialmente ativas contra o câncer.
Avaliação da atividade citotóxica
Método do MTT
Os ensaios biológicos para determinar a atividade citotóxica in vitro foram realizados
segundo o modelo baseado no método do MTT (brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5difeniltetrazólio), o qual consiste na medida do dano induzido pela substância no metabolismo
celular de glicídeos, principalmente na atividade de enzimas desidrogenases (MOSMANN,
1983).
Desta forma, neste trabalho, a atividade celular foi quantificada através da redução do
MTT à formazana correspondente (Figura 19), ocasionada indiretamente pela ação das
enzimas desidrogenases presentes nas células viáveis. Os produtos formados pela atividade
enzimática, NADH e NADPH, são responsáveis em reduzir o sal tetrazólio à formazana na
medida em que não há perda da viabilidade celular.
59
S
N
N
N
N N+
-
Br
Desidrogenases
MTT
S
N
Substrato
Reduzido
Substrato
Oxidado
N
N
N N
H
Formazana
Figura 19. Redução do sal tetrazólio (MTT) à formazana.
O valor de IC50 (concentração que inibe em 50% o crescimento celular) de cada um
dos compostos ensaiados (Tabela 6) foi obtido através do método de Reed & Muench (BIER,
1965).
Tabela 6. Valores de IC50 (µM) da piperina, análogos e derivados sintéticos.
Compostos
IC50 (µM)
1
108,23
dp*
9,47
49
190,12
5,33
50
236,18
24,94
51
231,53
5,08
52
60,22
1,58
53
61,81
7,70
54
50,28
10,57
55
125,84
12,31
56
131,55
10,38
57
59,52
58
22,88
5,0
2,16
* Valor do desvio padrão
60
Pôde-se observar a diminuição da atividade citotóxica frente às células do EAC para
os compostos 49 e 50 que tiveram a cadeia alquenílica expandida (6 carbonos) e reduzida (2
carbonos), respectivamente, quando comparados a amida natural 1 (4 carbonos).
A avaliação dos demais derivados e análogos à piperina nos quais foram mantidos os 5
átomos de carbono entre o núcleo metilenodióxiaril e o anel piperidínico, mostrou que a
ausência do grupo carbonila em 51 acarretou na diminuição da atividade em relação a
piperina.
A comparação entre os compostos com o grupamento amídico presente e com a cadeia
alquenílica (4 carbonos) hidrogenada 52, 53 e 54, revelou a diminuição do IC50, tornando-os
mais ativos que a piperina. Também foi observada que a presença do grupo nitro na posição
orto à cadeia alquenílica no anel aromático faz do composto 54 ser o mais citotóxico dentre
esta série.
No entanto, ao comparar a piperina 1 com o composto 55, no qual a subunidade
metilenodioxi é ausente, percebeu-se uma maior citotoxicidade frente às células do EAC para
a amida natural, constatando-se a importância dos átomos de oxigênio para a atividade
biológica. Assim, ao analisar a série 56, 57 e 58 na qual é mantido o padrão de oxigenação ao
núcleo metilenodióxiaril, porém com o anel metilenodióxi aberto, pôde-se observar que houve
um incremento da atividade citotóxica entre os derivados 55 e 56 com a presença de
grupamentos mais lipofílicos, respectivamente.
As observações descritas acima, a partir dos valores de IC50, conduziram-nos à
determinação dos parâmetros hidrofóbicos (item 4.1.2) para o estudo preliminar da relação
estrutura-atividade.
Os resultados para a avaliação da atividade citotóxica do extrato etanólico de P.
nigrum, nos ensaios preliminares, apresentou percentagens de inibição 91%, 90%, 49% e 7%
para as concentrações de 100, 50, 25 e 12,5 µg/ml, respectivamente. Torna-se interessante
destacar que o extrato de P. nigrum mostrou-se muito mais ativo que o extrato de P. longum,
também ensaiado com as células do EAC, cuja concentração inibitória em 50%, encontra-se
em 100 µg/ml (SUNILA & KUTTAN, 2004).
A diferença entre as faixas dos valores de IC50 determinados entre os extratos de P.
nigrum e P. longum pode ser devido à utilização de diferentes solventes extratores, sendo o
metanol, utilizado por SUNILA & KUTTAN (2004) de maior polaridade que o etanol, usado
neste trabalho. Isto, possivelmente acarretou aos extratos concentrações diferenciadas de
metabólitos especiais, inclusive a própria piperina, uma vez que a percentagem de piperina
61
contida no extrato em ambas espécies é similar, podendo variar de 3-7% para P. nigrum e de
3-8% em P. longum (RIBEIRO, et al., 2004; JAMES, 1999).
Assim, dos 11 compostos analisados, foram encaminhados para estudo quanto ao
possível mecanismo de morte celular do EAC, os derivados 52, 53, 54, 57 e 58 que
apresentaram os menores valores de IC50, além da piperina.
Avaliação do efeito citotóxico (apoptose x necrose)
A avaliação da atividade citotóxica, visando o possível mecanismo de ação das amidas
mais ativas foi realizada frente às células do carcinoma de Ehrlich, incubadas com anexina V
e analisadas no citômetro de fluxo para serem quantificadas quanto à morte celular.
Pôde-se observar, no controle de células vivas (gráfico controle), através do perfil
fenotípico, variando no tamanho (eixo y) e na granulometria (eixo x), a intensa presença de
duas sub-populações de células do EAC. A sub-população A, com 25,8 % e a sub-população
B, com 51,2 % de freqüência em relação às 4680 células registradas pelo aparelho de
citometria (Figura 20).
No gráfico 1 e 2 da Figura 20 estão representados os resultados dos ensaios de
citotoxicidade das células do EAC frente a piperina nas concentrações de 351,2 e 44,01µM,
respectivamente, indicando uma clara diminuição da sub-população A frente a maior dose
ensaiada.
A presença e a redução da sub-população A também foi observada nos gráficos 3, 5, 7,
9, 11 cujas células do EAC foram ensaiadas frente as maiores concentrações dos compostos:
52, 53, 54, 57 e 58, respectivamente. Enquanto que a sub-população B esteve presente em
todos os gráficos, diante tanto das maiores quanto das menores concentrações de cada
composto ensaiado. (Figura 20).
62
800
800
800
800
800
600
400
25.8 88.4
51.2
200
600
400
11.9
200
0
79
52.8
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
27.5 85.9
45
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
600
400
10
200
0
0
Ungated
1
Event Count: 3105
Frequency: 100
Ungated
nd ctrl
Event Count: 4680
Frequency: 100
400
200
0
0
600
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
83.9
58.7
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
Ungated
2
Event Count: 3474
Frequency: 100
400
0
0
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
Ungated
3
Event Count: 3470
Frequency: 100
0
800
800
800
800
400
6.5
200
84.2
62.2
400
33.8 88.9
43.4
200
0
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
Ungated
5
Event Count: 3387
Frequency: 100
400
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
800
28.3 86.5
45.2
200
SSC-H: SSC-Height
800
SSC-H: SSC-Height
800
SSC-H: SSC-Height
1000
400
600
400
11.8
200
0
200
Ungated
10
Event Count: 3462
Frequency: 100
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
23.4 85.2
47.6
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
800
1000
600
400
17.4 86.8
52
200
0
0
200
Ungated
8
Event Count: 3502
Frequency: 100
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
0
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
Ungated
9
Event Count: 3416
Frequency: 100
600
400
37.4
64
36.3
200
0
0
200
Ungated
7
Event Count: 825
Frequency: 100
1000
400
0
0
1000
600
200
0
0
Ungated
6
Event Count: 3411
Frequency: 100
600
12.5 80.8
51.2
200
0
0
600
SSC-H: SSC-Height
800
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
SSC-H: SSC-Height
1000
600
200
Ungated
4
Event Count: 3470
Frequency: 100
1000
600
34.1 86.2
38.3
200
0
0
600
87
36.9
0
0
200
Ungated
11
Event Count: 3540
Frequency: 100
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
0
200
400
600
FSC-H: FSC-Height
800
1000
Ungated
12
Event Count: 3657
Frequency: 100
Figura 20. Sub-populações de células do EAC observadas no citômetro de fluxo após 24h do ensaio de citotoxicidade.
63
O estudo da natureza de morte celular foi realizado também utilizando a técnica de
marcação com anexina V, marcador específico da fosfatidilserina, exposta externamente à
membrana celular na qual está inserida, durante o processo de morte, principalmente por
apoptose (BHATTACHARYYA et al., 2003).
Assim, no estágio inicial de apoptose, quando a membrana celular ainda se encontra
intacta, a fosfatidilserina (PS) é translocada para o lado extra-celular da membrana
plasmática, tornando susceptível a marcação da anexina V a estas células, através do
estabelecimento de ligação específica (WANG et al., 2004).
Entretanto, a exposição externa da PS, um dos primeiros eventos característicos do
processo apoptótico, tem sido reportado na literatura como não sendo específico para as
células apoptóticas, mas também podendo ocorrer em células oncóticas (LECOEUR et al.,
2001). A oncose (necrose primária), um processo passivo degenerativo, foi definida como o
primeiro estágio de necrose durante o aumento celular (MAJNO & JORIS, 1995). Portanto,
devido à ruptura da membrana celular e, conseqüentemente, a exposição da fosfatidilserina, as
células necróticas também podem ser marcadas com anexina V (BHATTACHARYYA et al.,
2003).
Os resultados dos ensaios das amidas mais citotóxicas frente às células do EAC,
utilizando a marcação com anexina V, constataram a diferença na percentagem de células
marcadas nas duas sub-populações, diante da maior e menor concentração de cada composto.
Na Figura 21, o gráfico ctn representa o controle de células vivas e a percentagem de
células marcadas com anexina V de 0,083% da sub-população A. Esta figura também
representa os gráficos1, 3, 5, 7, 9 e 11 para a maior concentração e, os gráficos 2, 4, 6, 8, 10 e
12 para a menor concentração referente as amidas 1, 52, 53, 54, 57 e 58, respectivamente,
sobre a sub-população A do EAC (Figura 21).
64
15
30.8
43.2
4
2
10
1
10
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3
20
5
0
0
1
10
100
1000
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10000
1
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10
100
1000
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1
1
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10
100
1000
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2
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10
100
1000
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8
10
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10
# Cells
# Cells
# Cells
10000
15
2
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10
100
1000
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3
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2
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1
5
15
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0
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# Cells
# Cells
30
20
2.94
# Cells
40
# Cells
4
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50
2
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0
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100
1000
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1000
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1
9
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8
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15
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3
20
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# Cells
# Cells
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10
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5
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1
1
10
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1000
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0
1
1
11
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1000
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10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
10000
1
12
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Frequency: 37.4
Figura 21. Expressão da anexina V na sub-população A de células do EAC após 24h do ensaio de citotoxidade.
65
Na Figura 22, também estão representadas as percentagens de células do EAC
marcadas com anexina V, porém referentes à sub-populações B, na qual se pôde observar que
a maioria dos gráficos expressam anexina acima de 46%, tanto nas maiores quanto nas
menores concentrações dos compostos ensaiados, exceto para o 54 (gráfico 8 e 9, Figura 22).
O conjunto envolvendo ambas as sub-populações é ilustrado na Figura 23, na qual
estão representados os gráficos para cada composto ensaiado com suas maiores e menores
concentrações frente à percentagem de expressão de anexina V nas células do EAC.
Apesar de terem sido realizados poucos ensaios utilizando a citometria de fluxo, os
resultados preliminares indicam coerência com os obtido pelo método do MTT, apresentando
a piperina e seus derivados o efeito citotóxico dependente da dose. A analise da Figura 23, a
qual mostra a percentagem acima de 50% de células marcadas com anexina V, evidencia o
início do processo de morte celular na cultura do EAC, após 24 horas de incubação com as
amidas 1, 52, 53, 57e 58.
É possível que a sub-população A e a sub-população B de células do EAC estejam
representando as fases G0/G1 e G2/M do ciclo celular, conforme foram quantificadas suas
características morfológicas (tamanho x granulometria) através do citômetro de fluxo (Figura
20). ARIMURA, et al. (2005) e BHATTACHARYYA, et al. (2003) citaram em literatura o
mesmo perfil morfológico (tamanho x granulometria) das células do EAC com os observados
nesta dissertação, onde puderam caracterizar as fases do ciclo celular, juntamente com a
análise do DNA.
Desta maneira, estas similaridades possibilitam deduzir que há uma seletividade destes
compostos, inibindo de forma específica a proliferação das células do EAC, ao atuarem na
sub-população A, reduzindo-a quando esta está sob a maior concentração da piperina e seus
derivados.
66
20
0
15
62.1
46.8
69.1
30
60
15
49.5
5
20
0
1
10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
10000
0
1
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100
1000
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1
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5
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2
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1
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3
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100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
2
4
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30
50
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10
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20
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31.5
34
15
8
20
6
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10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
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1
10
100
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2
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1
10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
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2
7
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1
10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
2
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1
10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
2
9
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15
25
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78.7
15
10
5
5
2
1
10
4
10
10
0
# Cells
15
# Cells
# Cells
30
# Cells
20
# Cells
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# Cells
10
# Cells
40
# Cells
# Cells
# Cells
15
51
20
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# Cells
# Cells
# Cells
10
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10
100
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FL1-H: Annexin V FITC
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12
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Frequency: 36.9
10000
Figura 22. Expressão da anexina V na sub-população B de células do EAC após 24h do ensaio de citotoxidade.
68
30
120
25
0.024
29
64.8
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26.7
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# Cells
15
# Cells
60
# Cells
20
# Cells
# Cells
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10
10
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100
1000
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3
nd ctrl
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1000
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# Cells
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FL1-H: Annexin V FITC
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0
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0
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100
1000
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10
100
1000
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0
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0
1
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FL1-H: Annexin V FITC
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1
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100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
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1
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100
1000
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10000
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# Cells
# Cells
# Cells
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20
20
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0
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100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
10000
0
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10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
10000
1
10
100
1000
FL1-H: Annexin V FITC
10000
3
12
Event Count: 3183
Frequency: 87
Figura 23. Expressão da anexina V no conjunto envolvendo ambas sub-populações de células do EAC após 24h do ensaio de
citotoxidade.
69
Ensaio com a desidroganese láctica (LDH)
A mensuração da atividade da enzima desidrogenase láctica (LDH), liberada no meio
de cultura, tem sido utilizada para monitorar o grau de injúria celular (BERGMEYER et al.,
1965). O aumento da produção inicial de NADH, formado com a redução do lactato à
piruvato no ciclo do crescimento celular, através da ação da LDH, conseqüentemente, leva a
uma maior formação de complexo (Esquema 5, Material e Métodos), acarretando na elevação
da leitura de absorbância, indicando a atividade da enzima (ARIMURA et al., 2005).
O ensaio para mensurar o grau de injúria sofrido pelas células de EAC, diante da
piperina 1 e derivados mais citotóxicos 52, 53, 54, 57, 58, foi analisado de acordo com a
atividade da enzima LDH presente no meio de cultura, após o ensaio de 24 horas (Tabela 7).
Tabela 7. Valores da % de liberação específica de LDH das células EAC frente à
piperina, análogos e derivados e, suas respectivas concentrações.
COMPOSTOS
% de LDH
Conc. (µM)
1
1,86
351,2
52
7,76
345,7
53
22,90
272,28
54
25,38
299,06
57
66,73
303,55
58
8,25
264,91
controle
100
*
* 10µl de Triton X-100 (10%) adicionado ao controle de células vivas para lise total da
membrana plasmática das células do EAC.
A percentagem de liberação específica de LDH das células de EAC analisadas,
após 24 horas, foi detectada diante da concentração máxima de cada composto
utilizado no ensaio do MTT, sendo que estas concentrações estão muito acima dos
seus respectivos valores de IC50. O composto 57, entretanto, destacou-se das demais
amidas alcaloidáis com 66,73 % de liberação específica de LDH, evidenciando, diante
desta
alta
concentração,
que
há
injúria
celular
(YANG
et
al.,
2004),
concomitantemente com a inviabilidade das células do EAC segundo a análise com o
método do MTT, indicando a necrose como possível mecanismo de ação
predominante.
70
Na tentativa de correlacionar os resultados obtidos pelos diferentes métodos na
avaliação da morte celular, foi confeccionado um gráfico de barras envolvendo o
percentual de expressão de anexina V e LDH nas células para os compostos 1, 52, 53,
54, 57 e 58 (Figura 24).
LDH
A
B
C
100
% de células
80
60
40
20
0
11
2
52
3
53
4
54
5
57
6
58
7
controle
Figura 24. Análise da expressão de anexina V e LDH das células do EAC frente às
máximas concentrações das amidas. As barras indicam as percentagens: da sub-população A
(A), da sub-população B (B) e do conjunto de sub-populações, A e B, (C) de células marcadas
com anexina V, detectadas no citômetro de fluxo e; de liberação específica de LDH. Estes
ensaios foram realizados em culturas independentes, após 24 horas.
As células da sub-população A apresentaram a fosfatidilserina (ligada à anexina V) em
percentuais acima de 50% quando ensaiadas com os compostos 53, 54 e 58 e, percentuais
inferiores a 45%, diante dos compostos 1, 52, e 57. Enquanto que a sub-população B
expressou PS, indicando processo de morte celular, nos compostos 1, 52, 53, 54 e 58,
Evidenciou-se uma ação citotóxica específica para os compostos 1 e 52 sobre a sub-população
B, podendo estas amidas estarem atuando apenas em uma fase do ciclo celular
Pôde-se observar entre os compostos 1, 52, 53 e 54 que a percentagem de liberação
específica de LDH aumenta com o aumento da atividade citotóxica, respectivamente,
sugerindo a presença de células oncóticas no tratamento com a maior concentração dos
compostos.
71
As células tratadas com a piperina 1, amida menos citotóxica, apresentaram a menor
percentagem de liberação de LDH, diante da maior concentração, sugerindo que a amida
natural induz a morte por apoptose às células do EAC. Enquanto que o derivado 57 sugere a
predominância da morte por necrose, em função da maior liberação de LDH das células.
4.1.2 Estudo dos parâmetros hidrofóbicos
O caráter hidrofóbico ou a lipofilicidade de uma droga é fundamental para se entender
sua ação biológica, principalmente quanto ao destino nos processos de absorção, distribuição,
estocagem e eliminação nos sistemas biológicos (TAKÁSC-NOVÁC et al., 1995).
De maneira mais específica, estes parâmetros físico-químicos permitem determinar
com que facilidade a droga atravessa a membrana celular, podendo ser importantes no tipo de
interação que envolve a ligação droga-receptor (FUJITA, 1984).
A mudança de substituintes ou de uma subunidade estrutural de uma substância pode
levar a uma variação relevante quanto ao seu caráter hidrofóbico e, consequentemente, à sua
atividade biológica.
Desta forma, é de fundamental importância a determinação da hidrofobicidade
apresentada pela piperina e seus derivados sintéticos para o estudo da correlação quantitativa
(QSAR- Quantitative Activity Relationship) ou qualitativa (SAR- Structure Activity
Relationship) entre a estrutura química e a atividade biológica .
Os parâmetros hidrofóbicos determinados para o estudo de QSAR da piperina,
derivados e análogos, neste trabalho foram: o coeficiente de partição P teórico (ClogP) e a
refratividade molar (RMw), obtida pelo método cromatográfico.
Coeficiente de partição P
O coeficiente de participação P estudado para o sistema octanol/água, foi adotado
como um dos principais parâmetros capaz de descrever o caráter hidrofóbico, sendo um
modelo otimizado para o processo de transferência de droga entre a fase aquosa e não aquosa
(LEO, et al., 1971).
O caráter hidrofóbico de uma substância pode ser determinado, experimentalmente,
pelo tradicional método “Shake Flash” (HERSEY et al., 1989) ou, teoricamente, através de
programas computacionais.
A distribuição relativa da droga, seu coeficiente de partição (P), pode ser obtido pela
Equação 3 na qual Coct é a concentração da droga na fase orgânica e Caq é a concentração da
mesma na fase aquosa tamponada. Assim, a razão de uma substância entre as duas fases será
72
de sua solubilidade diferenciada em cada fase. Portanto, as drogas mais hidrofóbicas terão
maiores valores de P, sendo mais permeáveis à membrana plasmática (MELLO &
ECHEVARRIA, 2006).
A determinação dos valores de logP através do método “Shake Flask” é extremamente
trabalhosa e requer uma grande quantidade de amostra o que nem sempre é conveniente,
particularmente nos trabalhos envolvendo metabólitos especiais de plantas. Assim, a
determinação do fator logP através de cálculos teóricos tem se apresentado como uma
alternativa conveniente e útil para os estudos de QSAR e SAR.
Neste trabalho de dissertação, os valores de ClogP dos compostos foram determinados
teoricamente, utilizando um porgrama de domínio público acessado na página
www.daylight.com/daycgi/clogp e estão representados na Tabela 8.
Os valores obtidos para ClogP expressam a variação da hidrofobicidade devido as
modificações estruturais de cada derivado sintético quando comparados com a piperina.
Tabela 8. Valores dos coeficientes de participação teóricos (ClogP) da piperina, seus
derivados e análogos.
COMPOSTOS
ClogP teórico
1
3,313
49
2,859
50
3,917
51
4,152
52
2,951
53
3,885
54
2,893
55
3,348
56
3,006
57
3,844
58
4,774
73
Refratividade molar (RMw)
Os parâmetros cromatográficos RMw e logkw obtidos por cromatografia em camada fina
e por cromatografia líquida de alta eficiência, respectivamente, têm sido utilizados para
expressar indiretamente a caráter hidrofóbico de derivados bioativos, sendo usados na
substituição aos valores de logP nos estudos de QSAR (MARTIN, 1978).
Dentre os parâmetros cromatográficos, a cromatografia de camada fina (CCF) em fase
reversa é uma alternativa eficiente na determinação e avaliação da lipofilicidade das
substâncias (MARTIN, 1978; HANSCH et al., 1990).
Os parâmetros provenientes da distribuição de uma substância entre uma fase
estacionária apolar e uma fase móvel polar, podem ser correlacionados com o coeficiente de
partição, pois a hidrofobicidade de uma droga é conhecida como a força dirigente em um
processo de distribuição, considerando seu caráter apolar em um ambiente polar (MELLO &
ECHEVARRIA, 2006).
Assim, a mudança de substituintes ou de subunidades nas estruturas químicas análogas
provoca alterações nos valores do Rf na cromatografia, permitindo, através da Equação 2, o
uso da CCF de fase reversa para a obtenção dos valores de RM (TOMILINSON, 1975).
RM = log (1/Rf - 1)
Equação 2
Portanto, de acordo com a natureza de seus substituintes ou subunidades, para cada
derivado há uma relação linear entre os valores de RM e a composição dos eluentes.
Construindo-se um gráfico com os valores de RM em função da concentração da fase aquosa
(%) na mistura de eluentes, obtêm-se uma reta representada pela Equação 3. Esta correlação,
quando extrapolada para 100% da fase aquosa, origina os valores de RMw que expressam ao
efeito hidrofóbico (Mello, 2006).
RMw = a (% solv. aquoso) + b
Equação 4
Neste trabalho, os valores de RMw foram obtidos após a determinação dos valores de Rf
da piperina e seus derivados sintéticos através da utilização de placas de cromatografia de
camada fina em fase reversa (C-18) encubadas com uma mistura constituída de
acetona/solução tampão fosfato pH = 7,4, cujo gradiente de concentração variou entre 30 a
60% (v/v) em relação ao tampão. Com os valores de Rf (s) (Tabela 4, Material e Métodos)
puderam ser calculados os respectivos RM (s) (Tabela 9) através da Equação 2.
74
Tabela 9. Valores de RM determinados para a piperina, seus derivados e análogos
sintéticos.
Valores de RM
% tampão fosfato: acetona
Compostos
30:70
35:65
40:60
45:55
50:50
55:45
1
-0,172
-0,897
-0,710
-0,367
-0,317
-0,288
0,087
0,246
49
-0,172
-1,091
-0,845
-0,567
-0,567
-0,447
-0,152
-0.043
50
-0,172
-0,636
-0,537
-0,020
-0,152
0,154
0,317
0,753
51
0,110
0,153
0,317
0,343
0,395
0,568
0,899
1,091
52
-0,172
-0,753
-0,367
-0,291
-0,291
-0,087
0,199
0,246
53
-0,172
-0,568
-0,537
-0,020
0,022
0,268
0,421
0,713
54
-0,172
-0,753
-0,567
-0,221
-0,197
0,022
0,176
0,395
55
-0,172
-0,845
-0,753
-0,268
-0,244
-0,064
0,110
0,343
56
-0,172
-0,954
-0,506
-0,505
-0,477
-0,367
-0,176
0.022
57
-0,172
-0,712
-0,567
-0,244
-0,108
0,022
0,167
0,395
58
-0,172
-0,421
-0,421
-0,043
0,199
0,507
0,507
0,845
60:40
65:35
Com a extrapolação para 100% da fase aquosa da mistura de eluentes, através da
equação da reta obtida por regressão linear do gráfico dos valores de refratividade molar (RM)
versus a percentagem de tampão na fase orgânica (% de tampão) (Equação 3), foram
calculados os valores de RMw (Tabela 10) a partir das equações 5-15.
75
Tabela 10. Valores de RMw determinados para a piperina, seus derivados e análogos
sintéticos.
COMPOSTOS
RMw
ra
1
1,496
0,976
49
1,129
0,980
50
2,140
0,964
51
2,037
0,954
52
1,348
0,964
53
2,200
0,981
54
1,677
0,989
55
1,711
0,979
56
0,906
0,940
57
1,654
0,991
58
2,381
0,981
a
Coeficiente de correlação linear
Composto 1
RMw = 0,0369 (± 0,0035) % tampão – 2,144 (± 0,1818)
r = 0,976
dp= 0,094
Equação 5
n= 7
Composto 49
RMw = 0,0332 (± 0,0029) % tampão – 2,1905 (± 0,1525)
r = 0,980
dp= 0,079
Equação 6
n= 7
Composto 50
RMw = 0,0432 (± 0,0053) % tampão – 2,1797 (± 0,2704)
r = 0,964
dp= 0,140
Equação 7
n= 7
Composto 51
RMw = 0,0300 (± 0,0041) % tampão – 0,9621 (± 0,2137)
r = 0,954
dp= 0,110
Equação 8
n= 7
76
Composto 52
RMw = 0,0309 (± 0,0037) % tampão – 1,7416 (± 0,1930)
r = 0,964
dp= 0,100
Equação 9
n= 7
Composto 53
RMw = 0,0432 (± 0,0037) % tampão – 2,1191 (± 0,1934)
r = 0,981
dp= 0,100
Equação 10
n= 7
Composto 54
RMw = 0,0369 (± 0,0024) % tampão – 2,0126 (± 0,1235)
r = 0,989
dp= 0,064
Equação 11
n= 7
Composto 55
RMw = 0,0392 (± 0,0035) % tampão – 2,2089 (± 0,1826)
r = 0,979
dp= 0,094
Equação 12
n= 7
Composto 56
RMw = 0,0266 (± 0,0043) % tampão – 1,7540 (± 0,2202)
r = 0,9400
dp= 0,114
Equação 13
n= 7
Composto 57
RMw = 0,0361 (± 0,0020) % tampão – 1,9559 (± 0,1049)
r = 0,991
dp= 0,054
Equação 14
n= 7
Composto 58
RMw = 0,0443 (± 0,0038) % tampão – 2,0487 (± 0,1982)
r = 0,981
dp= 0,102
Equação 15
n= 7
77
O gráfico correlacionando os parâmetros lipofílicos, o cromatográfico RMw com o
ClogP, pode ser observado na Figura 23, indicando uma correlação linear com r= 0,85. Esse
resultado pode ser justificado considerando-se a presença de derivados substituídos no anel
aromático por grupos volumosos, o que pode influenciar no processo cromatográfico com a
utilização da sílica. A equação 16 mostra a correlação considerando-se todos os compostos
analisados.
2,4
2,2
2,0
RMw
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
ClogP teórico
Figura 25. Correlação entre o RMw e o ClogPteórico para todos os compostos analisados.
RMw = - 0,5528 (± 0,4672) + 0,6358 (± 0,1301) ClogP teórico
R= 0,852
SD= 0,255
Equação 16
N= 11
No entanto, se os derivados 53, 54, 56 forem excluídos da correlação entre os dois
parâmetros hidrofóbicos, será observada uma relação mais significativa, equação 17 (Figura
24, r = 0,94). De fato, em 53 e 54, a presença dos grupos bromo e nitro em posição orto à
cadeia alquenílica deve interferir de forma diferente quando comparado aos demais derivados
no deslocamento cromatográfico, bem como ocorre com o derivado 56 que apresenta o anel
metilenodióxi aberto e substituído com dois grupos metilas.
78
2,4
2,2
2,0
RMw
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
ClogPteórico
Figura 26. Correlação entre o RMw e o ClogP teórico dos compostos analisados, com
exceção dos 53, 54¸e 56.
RMw = - 0,50 (± 0,33) + 0,61 (± 0,09) ClogP teórico
r= 0,94
dp= 0,15
Equação 17
n= 8
4.1.3 Estudo das correlações entre a hidrofobicidade versus a atividade biológica
A análise das correlações entre os parâmetros hidrofóbicos de ClogP e RMw (Tabela 8 e
10, respectivamente) e os valores de logIC50 mostrou uma dispersão de pontos nos gráficos,
sendo não significativas, tanto para os valores de
ClogP como para RMw, ao serem
considerados todos os compostos (Figura 27). Possivelmente, o desvio da linearidade de
alguns desses compostos deve-se à presença diferentes séries em relação ao padrão de
modificação estrutural.
79
B
2,4
2,4
2,2
2,2
2,0
2,0
logIC50
logIC50
A
1,8
1,8
1,6
1,6
1,4
1,4
1,2
1,2
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0,8
5,0
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
RMw
ClogP
Figura 27. Gráficos A e B representando a correlação entre os valores de IC50 com os
parâmetros hidrofóbicos ClogP e RMw, respectivamente.
No entanto, pôde-se observar nos gráficos A e B da Figura 27 a existência de duas
séries de compostos que possuem linearidade: uma envolvendo 1, 49, 53, 55, 56, 57 e 58 e, a
outra, constituída por 1, 50, 51, 52, 54 e 55.
A primeira série citada composta por 1, 49, 53, 55, 56, 57 e 58, com maior número de
derivados, apresentou correlações lineares significativas (Equação 18) entre os valores de
logIC50 e ClogP (r= 0,99) e com RMw (r= 0,84), apresentados na Figura 28, gráficos A e B,
respectivamente. As equações 18 e 19 indicam os efeitos observados nos gráficos da Figura
28. Este resultado evidencia a importância da propriedade lipofílica destas amidas para a
atividade citotóxica, principalmente, entre os 4 compostos mais ativos 1, 53, 57 e 58 desta
série.
B
2,4
2,2
2,2
2,0
2,0
logIC50
logIC50
A
2,4
1,8
1,8
1,6
1,6
1,4
1,4
1,2
1,2
2,5
3,0
3,5
4,0
ClogP
4,5
5,0
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
RMw
Figura 28. Gráficos A e B representando a correlação entre os valores de IC50 com os
parâmetros hidrofóbicos ClogP e RMw, respectivamente, dos compostos 1, 49, 53, 55, 56, 57 e
58.
80
logIC50 = 3,58 (± 0,1) - 0,46 (± 0,02) ClogP teórico
r= 0,99
dp= 0,04
Equação 18
n= 7
logIC50 = 2,72 (± 0,23) - 0,48 (± 0,13) RMW
r= 0,84
dp= 0,18
Equação 19
n= 7
A segunda série de compostos, cuja correlação foi significativa (Equação 20), está
representada por 1, 50, 51, 52, 54 e 55, ressaltando a hidrofobicidade como relevante para a
atividade, mas em modelo quadrático, também muito comum nas análises de QSAR
(HANSCH, 1999), conforme pode ser observada no gráfico da Figura 29 e Equação 20.
2,4
2,3
2,2
logIC50
2,1
2,0
1,9
1,8
1,7
1,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
ClogPteórico
Figura 29. Gráfico representando a correlação entre os valores de IC50 com o
parâmetros hidrofóbico ClogP, envolvendo 1, 50, 51, 52, 54 e 55.
logIC50 = -0,38 (± 0,07) ClogP 2 + 3,23 (± 0,51) ClogP – 4,34 (± 0,07)
r2= 0,99
dp= 0,02
Equação 20
n= 6
Uma possível linearidade entre os diferentes compostos analisados poderia ser
observada considerando-se outros parâmetros físico-químicos, como o efeito eletrônico e
estérico, ou ainda, modelo proveniente do tratamento de regressão múltipla considerando
esses fatores, além do fator hidrofóbico.
81
4.2 Estudo dos Extratos Obtidos da Espécie Struthanthus marginatus
Com os extratos hidroalcóolicos obtidos separadamente das folhas, caules e haustórios
da espécie S. marginatus, planta hemiparasita coletada sobre a espécie hospedeira Mangifera
indica, foram realizados ensaios de prospecção das principais classes de metabólitos
especiais. É importante destacar que poucos estudos químicos e biológicos têm sido
reportados na literatura para este gênero e, principalmente para esta espécie.
A atividade biológica do extrato bruto desta erva de passarinho também foi avaliada,
porém sua insolubilidade levou-nos a preparar frações com diferentes polaridades para
prosseguir com os ensaios biológicos.
4.2.1 Ensaio de quimioprospecção
O ensaio de quimioprospecção se trata de um roteiro analítico seqüencial elaborado
com o objetivo de detectar a ocorrência de quantidades apreciáveis de diversos constituintes
químicos em extratos de plantas com exceção dos protídeos, glicídios e outras substâncias
macromoleculares (MATTOS, 1997).
No intuito de detectar os principais constituintes químicos micromoleculares na
espécie S. marginatus e, principalmente, os de características mais polares nos quais se
inserem algumas classes de metabólitos, por exemplo, os flavonóides isolados em outras ervas
de passarinho como a quercetina e a quercetrina (FERNÁNDEZ et al., 1998; DÉVÉHAT et
al., 2002), foram preparados extratos hidroalcóolicos independentes das folhas, caules e
haustórios para a análise qualitativa de sua composição química. Os resultados estão
representados na Tabela 11.
82
Tabela 11. Resultados da triagem dos principais metabólitos especiais na espécie
Struthanthus marginatus.
Metabólitos Especiais
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Alcalóides
Saponinas
Esteróides e triterpenóides
Taninos
Depsídeos e depsidonas
Flavonóides
Catequinas
Antraquinonas
Cumarinas
Sesquiterpenlactonas e lactonas
Carotenóides e xantofilas
Glicosídeos cardíacos
Açúcares redutores
Reação para polissacarídeos
Purinas
Proteínas e aminoácidos
Ác. orgânicos
Caule
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Positivo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Negativo
Extratos
Folhas
Positivo
Positivo
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Positivo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Negativo
Haustório
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Negativo
Positivo
Positivo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Positivo
Positivo
Negativo
Positivo
Positivo
Constatou-se, na prospecção dos três extratos hidroalcólicos independentes, a presença
dos ácidos orgânicos apenas nos haustórios e a presença dos esteróides e triterpenóides nas
folhas e caules, sendo que os esteróides foram mais intensamente evidenciados nos caules.
As classes das catequinas e dos flavonóides foram bastante expressivas nos teste
realizados com os três extratos, sendo que a primeira classe foi observada no extrato do caule
com uma maior intensidade. No entanto, a classe das saponinas foi marcante nas folhas.
Os alcalóides, em menor intensidade, acúcares redutores, polissacarídeos, proteínas e
aminoácidos foram detectados nos três extratos analisados das diferentes partes do vegetal,
assim como a abundância de taninos.
O presente estudo com a espécie S. marginathus, nos resultados preliminares, tem
confirmado os dados da literatura que apresentam, apesar de poucas espécies estudadas, a
família Loranthaceae e, principalmente esta planta, tão relevantes quanto às espécies da
família Viscaceae, a qual é representada pela espécie Viscum album, planta extensamente
estudada na Europa para o tratamento do câncer (MANSKY et al., 2003).
83
4.2.2 Obtenção e estudo das atividades citotóxica das frações de S. marginathus
Os extratos hidroalcóolicos das folhas, caules e haustórios foram preparados (item 3.3,
Parte Experimental) visando também o monitoramento da atividade biológica dos prováveis
contituintes químicos detectados nos ensaios de prospecção. No entanto, estes extratos foram
insolúveis, inviabilizando os ensaios biológicos e, consequentemente, o biomonitoramento da
atividade citotóxica.
Uma forte evidência para a insolubilidade dos extratos é a presença dos taninos,
também detectados, em níveis relativamente altos, no córtex do caule e no tecido paliçádico
das folhas da espécie S. vulgaris (SALATINO et al., 1993), os quais são capazes de formar
complexos insolúveis com proteínas, segundo relato da literatura (MARTIN & MARTIN,
1993).
Diante da insolubilidade dos extratos e da evidência da presença de flavonóides,
segundo o ensaio de prospecção realizado neste trabalho, os estudos quanto à atividade
biológica desta planta foram direcionados às frações preparadas segundo a marcha utilizada
por LOHÉZIC-LE DÉVÉHAT et al. (2002), com a qual estes autores isolaram três
flavonóides da espécie Scurrula ferruginea, também pesrtencente à família Loranthaceae.
Do extrato de S. marginartus, proveniente da percolação a frio com acetato de etila e
éter de petróleo, obtido com 0,26% de rendimento, foi utilizada 1g para ser cromatografado
em coluna aberta com o objetivo de se obter as frações com diferentes polaridades para serem
ensaiadas frente às células do carcinoma de Ehrlich.
A separação cromatográfica e a avaliação por CCF permitiu a reunião das frações em
quatro grupos F-CH2Cl2, F1-AcOEt, F2-AcOEt, F-MeOH.
A fração F-CH2Cl2 com 7,04% de rendimento em relação ao extrato bruto, apresentou
colaração amarela, enquanto que as frações obtidas com acetato de etila, F1-AcOEt e F2AcOEt cujos rendimentos foram respectivamente 12,31% e 5,44%, apresentaram coloração
amarelo-esverdeada a verde devido à presença de clorofila.
A fração metanólica F-MeOH foi obtida em rendimento de 28,78%, no entanto,
observou-se através da cromatografia de camada fina uma maior concentração de substâncias
diferentes, além da clorofila, apresentando uma coloração verde escuro.
Estas frações foram direcionadas aos ensaios biológicos.
Inicialmente, tentou-se realizar ensaios de toxicidez geral frente ao microcrustáceo
Artemia salina. No entanto, os resultados com o extrato bruto em éter de petróleo e acetato de
etila e também os extratos hidroalcóolicos das folhas, caules e haustórios de S. marginatus
foram insatisfatórios devido a sua baixa solubilidade em solução salina, apresentando um
84
precipitado flosculoso de imediato. Assim as frações F-CH2Cl2, F1-AcOEt, F2-AcOEt e FMeOH, não foram ensaiadas frente ao microcrustáceo.
Os testes biológicos com as frações F-CH2Cl2, F1-AcOEt e F2-AcOEt testadas de S.
marginatus, frente ao carcinoma de Ehrlich, mostraram boa atividade citotóxica (Tabela 12),
sendo que os valores de IC50 se encontram-se na faixa entre 50 e 25 µg/ml. A fração
metanólica ainda não foi ensaiada.
Tabela 12. Atividade citotóxica das frações de Struthanthus marginatus frente às
células do carcinoma de Ehrlich.
Concentração (µg/ml)
Percentagem de inibição (%)
F-CH2CL2
F1-AcOET
F2-AcOET
100
100
100
93,89
50
100
100
71,56
25
6,87
22,51
10,49
12,5
0,0
0,0
0,0
A atividade citotóxica das frações de acetato de etila F1-AcOEt e F2-AcOEt, na
concentração de 50 µg/ml, diferenciaram-se, possivelmente, devido a presença de clorofila,
onde a fração F2-AcOEt, a mais clorofilada, mostrou-se menos ativa frente ao carcinoma de
Ehrlich. Outra razão sugerida para tal distinção seria a presença de diferentes metabólitos em
cada fração, claramente observada através da cromatografia de camada fina utilizada para a
reunião das frações.
85
5 CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS
Diante da enorme contribuição das plantas superiores para o desenvolvimento de
forma direta ou indireta de quimioterápicos a partir de seus metabólitos especiais, o estudo
com as espécies S. marginathus e P. nigrum, nesta dissertação, indicam-nas como fonte
promissora para o desenvolvimento de moléculas bioativas frente às células tumorais.
Pimenta do reino
Neste trabalho, foi observado a atividade citotóxica frente às células do carcinoma
ascítico de Ehrlich tanto para o extrato dos frutos de Piper nigrum quanto para a piperina. O
estudo da citotoxicidade dos derivados sintéticos à amida natural mostrou que alguns
derivados frente às células do EAC foram mais ativos que a piperina.
Demaneira em geral, as amidas mais citotóxicas frente às células do EAC
evidenciaram a expressão da fosfatidilserina durante o processo de morte celular. No entando,
através de atividade de desidrogenase láctica das células ensaiadas, pôde-se constatar que
alguns compostos são capazes de induzir a morte por necrose, enquanto que outros, como a
piperina, podem levar a morte por apoptose.
A correlação dos parâmetros hidrofóbicos determinados com a atividade biológica dos
compostos estudados foi linear para uma série de derivados e, quadrática para outra.
Provavelmente, outros parâmetros físico-químicos estajam influenciando na bioatividade
destes compostos frente às células do carcinoma ascítico de Ehrlich.
Erva de Passarinho
No presente estudo com a espécie Struthanthus marginathus, pôde-se detectar a
presença de importantes classes de metabólitos especiais como: esteróides, catequinas,
flavonóides, taninos e alcalóides, expressos com diferentes intensidades nas determinadas
partes do vegetal analisadas, bem como a citotoxicidade segundo a diferença de polaridade
dos metabólitos presentes nas distintas frações.
Desta forma, este estudo se encontra em andamento, sendo o biomonitoramento das
frações uma ferramenta importante para selecionar aquelas de maior atividade para posterior
avaliação fitoquímica levando ao isolamento dos metabólitos bioativos, sendo em seguida
avaliados frente às células tumorais.
86
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